变前掠翼无人机气动特性和动力学建模与仿真

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1、第3l卷第2期计算机仿真2014年2月文章编号：1006—9348(2014)02—0078—05变前掠翼无人机气动特性和动力学建模与仿真苏新兵1，周洲1，王旭2，杨健2(1．西北工业大学无人机特种技术国防重点实验室，陕西西安710072；2．空军工程大学航空航天工程学院，陕西西安710038)摘要：在无人机空中气动特性优化建模问题的研究中，变前掠翼无人机具有很复杂的动力学特性，由于存在固有的气动弹性发散和变体过程强气动耦合以及力学环境的诸多不确定因素，使得无人机本身的动态特性相当复杂，而利用经典牛顿力学对单一刚体建模难以清楚反映变体飞行过程的动态响应。在介绍

2、变前掠翼布局无人机动特性的基础上，对无人机机翼变掠过程的5种典型构型的气动性能进行了数值计算，为分析动力学特性提供依据；采用Kane方法建立了机翼前掠过程中多体动力学系统的数学模型，推导了六自由度非线性动力学方程，得到了简化解耦后的纵向动力学方程并进行了仿真验证，结果表明系统是稳定的，可为变前掠翼布局飞行器的动力学分析和飞行控制系统的设计提供参考。关键词：变前掠翼；无人机；多体动力学；纵向；气动特性中图分类号：V211．3文献标识码：BSimulationResearchonLongitudinalAerodynamicCharacteristicsandMu

3、tibodyDynamicModelforVFSWConfigurationUAVSUXin—bin91，ZHOUZhoul，WANGXu2，YANGJian2(1．NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonUAV，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’anShanxi710072，China；2．InstituteofAeronauticsandAstronauticsEngineering，AirForceEngineeringUniversity，Xi’anShanx

4、i710038，China)ABSTRACT：TheeonnaturalaeroelastieitydivergencephenomenaandthestrongaerodynamiceouphngaswellasmanyuncertainfactorsinmechanicalenvironmentCangivetheVariableForward—SweptWing(VFSW)eonfigura-tiouUAVcomplicateddynamics．ItisdifficultusingtheclassicalNewtonianmechanicsmodelin

5、gforsinglerigidbodytoclearlyreflectitscomplexdynamiccharacteristicsinchangingwing．BasedonintroducingtheVariableForward—SweptWing(VFSW)configurationUAV，theaerodynamiccharacteristicswerenumericallycomputedforVFSWair-craftsunderthefivetypicalflightpose．anditsresultsCanprovidedatafounda

6、tionfordynamicsanalysis．Thesixde—greesoffreedomnonlineardynamicfunctionsofthemorphingaircraftinthemorphingprocesswerederivedusingtheKanemethodofthemultibodydynamicstheory．Inaddition，thedecoupledlongitudinaldynamicfunctionwaspresen-tedbysimplification．Thenthepulseandsaltationresponse

7、oflongitudinalpitchingguiseweresimulated．TheresultsCanvalidatetheavailabilityandaccuracyofthedynamicmodel，andprovidereferencesforthedynamicsinvestigationandflightcontrolsystemdesignforVFSWconfigurationUAV．KEYWORDS：Variableforward—sweptwing(VFSW)；Unmannedaerialvehicle；Multibodydynami

8、cs；Longitudi-hal；Ae