[发明专利]一种后缘舵滑翔飞行器的弹性运动建模方法

摘要

本发明属于飞行器弹性运动建模技术领域，具体涉及一种后缘舵滑翔飞行器的弹性运动建模方法。该方法包括如下步骤：(1)利用模态正交性可把弹体横向自由振动转化为各个相互独立的主振动的叠加；(2)根据线性小扰动假设，在外力作用下，弹体的横向振动仍可近似用模态叠加来描述，振型函数由弹体结构特性(刚度和质量分布)和弹体的边界条件确定；(3)根据达朗伯原理等方法建立振动微分方程；(4)分析影响滑翔飞行器弹性振动的外力：包括气动力，舵面控制力，姿态喷管控制力以及舵面摆动的惯性力等。本发明对传统弹性运动建模方法进行修正和完善。

主权项

1.一种后缘舵滑翔飞行器的弹性运动建模方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)利用模态正交性把弹体横向自由振动转化为各个相互独立的主振动的叠加；(2)根据线性小扰动假设，在外力作用下，弹体的横向振动用模态叠加来描述，振型函数由弹体刚度和质量分布、弹体的边界条件确定；(3)根据达朗伯原理建立振动微分方程；(4)分析影响滑翔飞行器弹性振动的外力：包括气动力，舵面控制力，姿态喷管控制力以及舵面摆动的惯性力；所述的步骤(1)具体为：利用模态正交性把弹体横向自由振动转化为各个相互独立的主振动的叠加，即设Wi(X)即弹体弹性的第i次固有振型函数，Φ＝[W1(X),W2(X),…,Wn(X)]，qi(t)为第i次固有振型对应的广义坐标；所述的步骤(3)具体为：根据达朗伯原理建立振动微分方程为：把式(1)代入式(2)，并前乘ΦT得式中，Mp＝ΦTMΦ，Cp＝ΦTCΦ，Kp＝ΦTKΦ分别为广义模态质量矩阵、模态阻尼矩阵和模态刚度矩阵，都为对角矩阵，Fp＝ΦTf为广义力阵，式(3)写成其中ωi——第i次振型的固有频率；ξi——第i次振型的阻尼系数；Fi——对应第i次振型的广义力；Mi——对应第i次振型的广义质量；且有式中是沿弹体纵轴受到的外力在弹体坐标系轴Y₁上的投影；m(X)是沿弹体纵轴的弹体质量分布；l_K为飞行器纵轴总长度；ω_i、ξ_i和W_i(X)是系统的固有属性，由数值方法求得并通过模态试验校验；所述的步骤(4)具体为：对于俯仰通道，在弹体变形情况下，气动力沿纵轴各点局部攻角不同，气动力须看作沿纵轴的分布力，除弹体气动力外，其它外力都作用在弹体的某一位置上，是集中力；影响弹体分布气动力的飞行姿态扰动包括攻角扰动Δα、俯仰角速度扰动舵偏角扰动角速度扰动及角加速度扰动将引起舵面控制力、摆动惯性力变化；姿控动力发动机的启用与关闭也产生控制力扰动；用D_1i和D_2i分别表征与俯仰角速度扰动和攻角小扰动Δα成比例的广义气动力对第i次振型振动的影响；根据广义力定义和气动力计算方法推导出D_1i和D_2i的表达式(7)和(8)：式中q——飞行动压；V——飞行速度；SM——飞行器参考面积；lK——飞行器纵轴总长度；——沿弹体纵轴分布的局部法向升力系数(单位：/°)；xZ——飞行器质心距弹头顶点的距离；Wi(xn)——xn处对应的第i次振型。