弧翼飞行器柔性飞行动力学研究

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1、第４４卷第４期航空计算技术Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．４２０１４年７月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＪｕｌ．２０１４弧翼飞行器柔性飞行动力学研究杜欢，王正平（西北工业大学无人机特种技术国家重点实验室，陕西西安７１００７２）摘要：以一种弧翼布局飞行器为背景，介绍了飞行器的特性；建立了线性分布式气动力模型，添加到全机的三维有限元柔性模型上，进行飞行动力学的仿真分析。研究了分布式气动力模型对弧翼布局飞行器的柔性飞行动力学特性造成的影响。通过对不同响应情况下的飞行状态的仿真计算与分析，总结出了采用分布式气动力建模的大展弦比弧翼飞行器的柔性飞行动力学的变化规律。关键

2、词：飞行动力学；分布式气动力；柔性；弧翼中图分类号：Ｖ２１１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１桘６５４Ｘ（２０１４）０４桘００４４桘０３StudyonFlexibleFlightDynamicsofanArc桘wingAicrraftＤＵＨｕａｎ，ＷＡＮＧＺｈｅｎ桘ｇｐｉｎｇ（NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonUAV，NorthwetsernPolytechnicalUniverstiy，Xi′an７１００７２，China）Abstract：Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｎａｒｃ桘ｗｉｎｇａｉｒｃｒａｆｔａｒｅ

3、ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅｍｏｄｅａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｄａｐｐｌｉｅｄｏｎｔｈｒｅｅ桘ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｆｌｅｘｉｂｌｅ桘ｂｏｄｙａｉｒｃｒａｆｔｍｏｄｅｌｓｆｏｒａｎａｒｃ桘ｗｉｎｇａｉｒｃｒａｆｔ．Ｆｌｉｇｈｔｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓｐｒｏｃｅｓｓｅｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｓ-ｔｒｉｂｕｔｅｄａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅｍｏｄｅｌｔｏｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｆｌｉｇｈｔｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｔｈｅａｒｃ桘ｗｉｎｇ

4、ａｉｒｃｒａｆｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｉｍ-ｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｎｄｅｒｆｌｉｇｈｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｒｕｌｅｓｏｆｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｆｌｉｇｈｔｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｈｉｇｈ桘ａｓｐｅｃｔ桘ｒａｔｉｏａｒｃ桘ｗｉｎｇａｉｒｃｒａｆｔｗｈｉｃｈｕｓｅｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅｍｏｄ-ｅｌｓｗａｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Keywords：ｆｌｉｇｈｔｄｙｎａｍｉｃｓ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅ；ｆｌｅｘｉｂｌｅ；ａｒｃ桘

5、ｗｉｎｇ引言本文的主要工作是提出了一种弧翼布局的飞行器，分析了其稳定性特征；在大展弦比柔性弧翼飞行器近年来，随着新一代高空长航时无人机的发展，对飞行动力学建模的过程中，考虑机体的柔性特征和分其飞行特性的研究越来越深入。由于这类飞行器一般布式气动力模型对飞行动力学特征的影响，建立了一均使用了大展弦比机翼以及复合材料等技术，使其机种在柔性有限元模型上加载分布式气动力的动力学仿体具有很强的柔性特征，在飞行过程中机体结构会产［１］真平台，并进行时域飞行动力学仿真。生较大的变形。因此在对其进行动力学仿真时必须考虑其结构柔性特征以及气动力加载的分布方式。目前在飞行力学的研究中，对于大展弦

6、比柔性飞１研究对象行器有许多建模方法。文献［２］中提出了一种自由－本文以一种弧翼布局飞行器为建模研究对象。其自由梁弹性机体模型，考虑了机体的低阶弹性振动模外形特征如图１所示，全机为飞翼布局，中间为有弧度态，给出了自由－自由梁弯曲振动的一个近似解；文献的直机翼。这种弧翼外形与滑翔伞的外形相似，适于［３］在文献［２］的基础上，考虑了飞机结构振动刚性模低速滑翔飞行，并且此构型具有拱形结构的特征，因此态和前n阶弹性模态，将飞机机体等效地转化为多质量块等效模型，给出了等效系统力学参量的计算方法；［１］文献［４］将飞行器作为Ｈｏｄｇｅｓ梁，并基于Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理对大展弦比弹性飞行器进

7、行了动力学建模。图１弧翼飞行器外形收稿日期：２０１４－０４－０３修订日期：２０１４－０６－１２基金项目：国防基础科学预研基金项目资助（Ａ２７２００６０２９０）；西北工业大学２０１４年度研究生创业种子基金资助（Ｚ２０１４０３１）作者简介：杜欢（１９８９－），男，陕西西安人，硕士研究生，主要研究方向为飞行器总体设计。２０１４年７月杜欢等：弧翼飞行器柔性飞行动力学研究·４５·承受载荷的能力比一般的直机翼构型强。处的位移矢量采用模态叠加的方式计算，表达式如公［５］对这类弧翼布局的飞行器，机翼的弧度对飞行器式（１