飞翼式柔性飞机纵向动力学建模与稳定性分析†

沈华勋　徐亮　陆宇平　何真

(南京航空航天大学自动化学院, 南京　211106)



飞翼式柔性飞机纵向动力学建模与稳定性分析†

沈华勋徐亮陆宇平†何真

(南京航空航天大学自动化学院, 南京211106)

柔性飞行器在飞行过程中容易发生大变形,这种变形将导致机翼甚至整个飞行器的气动弹性和飞行动力学特性发生变化,特别是对稳定性的影响.本文采用三段式刚体假设,以变上反角的方式来描述机翼的展向弯曲变形,对一类飞翼式柔性飞行器进行了纵向动力学建模,并进一步分析了操纵面、推力和迎角与上反角的关系,以及变上反角对飞行稳定性的影响.结果表明,在保持速度和高度不变的情况下,稳定性受上反角的影响比较明显,如果变形过大,飞行器将变为动不稳定,且短周期模态不能保持.因此,为了保持飞机的纵向稳定性,必须要控制飞机的变形.

柔性飞行器,上反角,动力学建模,稳定性

引言

第一次关于柔性飞行器的研究来自于NASA的Daedalus项目,目的是设计一款高空长航时飞行器[1].在此基础上,NASA又提出飞机环境研究和传感器技术计划,从而研制出以Helios为代表的一类飞翼式飞行器[2].与常规飞行器相比,这类飞行器最显著的特点是飞行高度高,续航时间长,机翼轻且展弦比大.

然而大量的研究表明[3-14]:这样的结构使得飞机在飞行过程中机翼容易发生大幅度的变形,这种变形会改变机翼的质量分布和气动载荷分布,从而导致机翼甚至整个飞……