考虑弹性振动的面对称飞行器的动力学建模研究

摘要

高超声速飞行器以其飞行高度高、飞行速度快、机动性强等性能成为当前各主要航天大国的研究重点和热点。因其飞行速度较快，外部环境变化剧烈，容易产生弹性振动，这对飞行器的控制会产生较大影响，本文以高超声速面对称飞行器为研究对象，考虑弹性振动、推进剂液体晃动、发动机摆动等因素，进行了动力学建模研究，全文主要内容如下:
　　提出面对称飞行器的建模基本假设，建立面对称飞行器动力学建模相关的坐标系，给出这些坐标系的之间的变换关系。根据建模基本假设，考虑飞行器受到的重力，发动机推力及空气动力作用，建立飞行器的刚体动力学模型。考虑弹性振动、推进剂液体晃动及发动机摆动对飞行器的影响，给出飞行器的弹性振动方程，建立刚、弹、晃相互耦合的动力学模型。
　　面对称飞行器是的弹性振动十分复杂，但是，其各部件的弹性振动模型相对简单得多，本文基于应变能不变的原理，将其机翼的刚度等效到机身上，将复杂的整机模型简化成和原机身近似的等效模型。等效后，就可以利用机身的弹性数据对整机的等效模型进行分析，使问题得到极大的简化。本文对等效前后的模型进行了仿真，根据仿真结果分析了等效的合理性。
　　最后对论文研究内容进行了总结，并对今后研究工作进行了展望。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景、目的及意义

1．2 相关领域研究现状

1．2．1 高超声速飞行器研究现状

1．3．2 弹性振动特性的研究

1．3．3 推进剂晃动模型的研究

1．3 课题研究的目标及内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 主要研究内容

第2章 飞行器动力学建模基本理论

2．1 建模假设

2．2 定义坐标系与坐标系之间的变换

2．2．1 坐标系定义

2．2．2 发射坐标系和本体坐标系之间的变换

2．2．3 发射坐标系与航迹坐标系之间的变换

2．2．4 速度坐标系与本体坐标系之间的变换

2．2．5 航迹坐标系与速度坐标系之间的变换

2．2．6 发射坐标系与速度坐标系之间的变换

2．2．7 航迹坐标系与本体坐标系之间的变换

2．2．8 本体坐标系与弹性坐标系之间的变换

2．3 作用在飞行器上的力和力矩

2．3．1 重力G

2．3．2 推力P及推力矩MP

2．3．3 空气动力及空气动力矩

2．4 质心运动的动力学方程

2．4．1 飞行器质心运动方程

2．4．2 绕质心转动方程

2．5 本章小结

第3章 面对称飞行器刚体动力学模型

3．1 飞行器质心运动方程

3．1．1 飞行器受到的重力

3．1．2 发动机推力

3．1．3 空气动力、气动阻尼力和风干扰力

3．2 绕质心转动方程

3．2．1 发动机推力产生的力矩

3．2．2 空气动力矩

3．3 本章小结

第4章 面对称飞行器刚、弹、晃耦合动力学模型

4．1 建模相关问题描述

4．1．1 研究对象及其特点

4．1．2 模型简化

4．2 梁的振动方程

4．3 求解力、力矩及其广义力

4．3．1 重力及其力矩

4．3．2 发动机推力、力矩及广义力

4．3．3 空气动力、气动力矩及广义力

4．3．4 发动机摆动惯性力

4．3．5 液体晃动惯性力

4．4 面对称飞行器刚、弹、晃耦合动力学模型

4．5 本章小结

第5章 面对称飞行器的刚度等效及仿真分析

5．1 等效刚度法

5．2 简化的面对称飞行器模型分析

5．2．1 等效刚度计算

5．2．2 仿真分析

5．3 等效刚度的优缺点分析

5．4 刚度等效法在面对称飞行器动力学建模中的应用

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢