[发明专利]一种空天飞行器融合结构外形参数的综合建模方法

说明书

本发明公开了一种空天飞行器融合结构外形参数的综合建模方法，包括如下步骤：建立飞行器考虑结构外形参数的算力数据模型，获得不同结构外形参数的气动/推进数据库，采用谐波分析法，确定算力模型关键参数。结合六自由度飞行器动力学和运动学方程，构建空天飞行器融合多外形结构的一体化模型，进而采用拟合优度验证所构建等效模型的有效性，分析结构外形参数变化对于空天飞行器模型性能的影响规律，构建飞行性能与结构外形参数之间的关联关系，为工程实际设计提供好的技术支持。

技术领域

本发明涉及一种空天飞行器融合结构外形参数的综合建模方法。

背景技术

未来的空天飞行器将跨越亚声速、超声速和空天声速，执行各种特殊任务，其飞行包线变化范围极大，采用组合动力和变构型调节技术可使飞行器在执行不同的使命，以及某一使命的各个任务段都具有满意的飞行效能，因而可有效增加航程和节省能耗，同时能够执行多种使命，具有更高的环境适应、应变、攻击和生存能力。然而，空天飞行器气动、推进、控制、结构之间存有强耦合，大的外界扰动和未知飞行环境导致模型不确定难以估计和预测，加上运动过程中需要通过调节推进模态，以满足不同速度区域的性能要求，这些都对空天飞行器模型设计带来了全新的挑战。

空天飞行器因独特的气动/推进一体化构型，导致其气动、推进、结构与控制之间存有强耦合，传统的建模方法可能不再适用于如此复杂的对象，需要采用融合结构外形参数的综合建模方法，构建空天声速飞行器融合结构外形参数的综合模型。通过协调空天飞行器结构外形参数与性能品质的匹配关系，提升飞行器整体性能，拓宽飞行区域，满足空天飞行器宽速域范围内的任务要求，为我国今后自主研制新型空天飞行器提供理论储备和技术支持。

发明内容

为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种空天飞行器融合结构外形参数的综合建模方法。

技术方案：一种空天飞行器融合结构外形参数的综合建模方法，包括如下步骤：

步骤1、建立空天飞行器融合结构外形参数的算力数据模型；

步骤2、从融合结构外形参数的算力模型中提取关键参数，并确定空天飞行器算力等效模型；

步骤3、构建融合结构外形参数的空天飞行器一体化模型；

步骤4、对所述融合结构外形参数的飞行器模型进行分析与验证。

进一步的，所述步骤1包括如下步骤：

步骤11、将空天飞行器分为机身截面类外形与翼型类外形，对于机身截面类外形，采用剖面曲线特征参数，以及剖面曲线特征参数的变化来描述，确定出飞行器的几何外形；

步骤12、依据所述飞行器的几何外形，应用工程估算方法，获得考虑不同结构外形参数的气动/推进数据库，建立融合结构外形参数的算力数据模型。

进一步的，所述步骤2中从融合结构外形参数的算力数据模型中提取关键参数的方法为：

通过谐波分析法判定气动力/力矩系数的主要影响因素，若算力数据模型输入信号的频率满足采样频率高于输入信号最高频率的2倍；则通过分析输出信号的频谱能够判定输入信号对输出信号的影响形式，应用傅里叶级数，分析傅里叶级数的分量，判断影响输出信号的主要因素，最终确定算力模型关键参数。

进一步的，所述步骤2中确定等效模型的方法为：

考虑到结构外形调节参数，需要建立融合外形参数的等效模型，先确定飞行条件与运动状态为变量的模型结构，再将表达式的待定系数简化为结构外形参数相关的形式；

针对确定的空天飞行器算力模型结构，采用最小二乘法，确立等效模型系数，进而对不同拟合变量进行宽速域范围内的评估与分析，将飞行器复杂的气动力、力矩和推力表达式表示成关于飞行器条件和结构外形参数的非线性函数，得到多外形变参的空天飞行器算力等效模型。