考虑气弹稳定性的无人飞行器结构和稳定系统协同设计.pdf

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1、航天控制Jun．2014·66·AerospaceControlVol_32．No．3考虑气弹稳定性的无人飞行器结构和稳定系统协同设计范奎武海军驻航天一院代表室，北京100076摘要针对带自动控制系统的机动无人飞行器，介绍考虑气动弹性稳定性需求时结构和稳定系统协同设计的求解问题，描述了实现这种设计理念的模型和方法，给出了求解协同设计问题的例子以及保证带自动控制系统的机动无人飞行器气动弹性稳定性的建议。关键词无人飞行器；结构；自动控制系统；稳定回路；气动弹性；稳定性中图分类号：TP316．2文献标识码：A文章编号：10063242(2014)03-0066-05ACollabo

2、rativeDesigningoftheStructureandStabilizationSystemofUnmannedAircraftwiththeRequirementsofAeroelasticStabilityFANKuiwuRepresentatiVesOfficeofNavyofCALT，Beijing100076，ChinaAbstractAnapproachtothesolutionofthecollaborativedesignofthestructureandstabilizationsystemofthemaneuverunmannedaircraft

3、withtherequirementsofaeroelasticstabilityisintroduced，andtheimple—mentationofmodelsandmethodsaredescribed．Acasestudyofsolvingtheproblemofcollaborativedesignaswellastherecommendationstoprovidetheaeroelasticstabilityofthemaneuverunmannedaircraftwiththeautomaticcontrolsystem(ACS)aregiven．Keywo

4、rdsUnmannedaircraft；Construction；Automaticcontrolsystem；Stabilizationloop；Aeroelasticstability；Design在设计机动无人飞行器时，除了考虑强度、刚载的增长、控制系统快速性的提高，以及刚度较小舵度、稳定性这些机身结构的传统限制外，还应该考虑机的使用和发动机工作形成的大振动过载，在“弹由飞行控制系统的工作条件引出的限制。性飞行器自动控制系统”回路中出现自振的危险性机动无人飞行器结构弹性对控制系统工作的影还在增长。。响首先表现在“弹性飞行器自动控制系统”回路中当控制系统参数已知时，飞行器

5、气动弹性稳定出现自振，导致自动控制系统的通道被信号的高频性问题已有比较好的解决方法。但是飞行器结构和分量“堵塞”，从而对飞行器的可控性产生不利影自动控制系统协同设计在工程应用中仍存在许多问响，破坏机上设备的正常工作状态，使其运行品质明题需要解决，因此研究该领域内的新方法尤为迫切，显降低直至损坏。随着飞行器速度、升限和机动过本文就介绍一种方法-o。收稿日期：2014—03—12作者简介：范奎武(1964一)，男，山东冠县人，博士后，高级工程师，主要研究方向为飞行器总体设计、制导与控制。第32卷第3期范奎武：考虑气弹稳定性的无人飞行器结构和稳定系统协同设计·67·s)l1问题的提

6、出与通用求解方法1千(2)1+2s+s机动无人飞行器自动控制系统和结构协同设l+04式=；。：；：———■===二二二二：计，指在已知无人机机体的基准设计(工艺方案和0d2Ja2+口104控制系统的总体特征、稳定回路的精度、快速性、飞mqSL行状态参数、结构强度、稳定性需求、气动弹性稳定焘vIz性需求和限制)的条件下，获得针对无人机的结构c，8-一c：(x一)qSL．d)qSL以及结构参数、稳定系统参数的协调解决方案。。一——■一采用一种迭代方法解决结构与控制系统的协同0：+；s=；V和q分别是飞行器的速设计问题，它包含3个阶段：7nymV1)选择控制系统的结构和稳定回路的主

7、要参度和动压；m为阻尼力矩系数的导数；c：为飞行器数；升力系数对迎角的导数；c：为舵的升力系数对舵2)飞行器结构和稳定系统分开设计。该阶段偏角的导数；P为发动机推力；，，分别是质的目的是获取无人飞行器的设计(工艺方案)，以最心坐标、压心坐标、舵转轴位置坐标除以飞行器长度优的方式满足结构和工艺完善的需求，以及从飞行得到的值；m，，S分别为飞行器的质量、惯性矩器稳定与控制规律、质量、尺寸、造价的角度出发，设和特征面积。“一”号表示正常式气动布局，“+”号计合理的自动稳定系统。在遵守第一阶段形成的需表示“鸭”