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操稳特性快速评估及其在飞机设计中的应用

作　者: 张帅
导　师: 余雄庆
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 飞机总体设计 操稳特性 主动控制技术 飞行控制系统 控制律 飞行仿真
分类号: V221
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 103次
引　用: 2次
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内容摘要


飞机总体设计阶段需要对飞机设计方案的操稳特性作出快速评估。在采用主动控制技术进行飞机总体设计时,还需要考虑飞行控制系统的作用,对包括飞控系统在内的全机操稳特性进行快速评估。针对以上需求,本文主要完成了以下研究工作:1)对应用飞机操稳分析程序(DATCOM)计算气动系数和导数的方法进行了研究,提出了一些实用的输入文件建模方法,为DATCOM程序开发了输入与输出接口程序,提高了DATCOM程序的使用效率,方便了程序与其它分析系统的集成。2)应用Simulink对气动数据进行插值处理,并建立了非线性模型;应用MATLAB的功能函数实现了自动提取线性模型以及根据线性模型分析飞机本体的操稳特性。3)利用Simulink的建模及仿真功能,实现了飞控系统的建模、控制律设计和仿真,并建立了全机仿真分析模型,实现了全机仿真模型的快速配置以及飞行仿真。4)对MATLAB的RTW工具以及引擎技术进行了研究,实现了仿真模型的编译处理以及外部调用。在此基础上,将带仿真模型的分析程序进行了编译处理;采用iSIGHT软件对编译生成的可执行文件进行了集成,完成了操稳特性快速评估系统的构建;系统可以单独运行,也可以在飞机多学科优化设计系统中作为子系统应用。5)在飞机总体设计中应用操稳特性快速评估系统,研究了飞翼布局无人机的操稳特性,以及大型民用飞机放宽静稳定度技术。应用研究充分表明,本文所提出的方法和建立的操稳特性快速评估系统特别适合飞机总体设计阶段对操稳特性的评估,为飞机多学科优化设计以及应用主动控制技术进行飞机总体设计提供了有效的操稳分析方法和工具。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 飞机操稳特性概述  11-12
  1.2 操稳特性评估在飞机总体设计中的地位  12-15
  1.3 操稳特性评估方法综述  15-17
  1.4 本文的目的与内容  17-19
第二章 飞机本体操稳特性分析  19-43
  2.1 坐标轴系的选取及基本假设  19-20
  2.2 利用DATCOM 计算气动系数和导数  20-29
    2.2.1 DATCOM 输入文件的构成  20-23
    2.2.2 输出文件的分析  23-25
    2.2.3 程序的使用方法与技巧  25-27
    2.2.4 接口程序的设计  27-29
  2.3 飞机质量特性与推进系统模型  29-32
    2.3.1 飞机质量特性的估算  29-30
    2.3.2 推进系统模型的建立  30-32
  2.4 本体非线性模型的建立与线性模型的提取  32-40
    2.4.1 飞机的气动力和力矩  32-33
    2.4.2 飞机的运动方程  33-36
    2.4.3 非线性动力学模型的建立  36-38
    2.4.4 线性模型的提取  38-40
  2.5 本体操稳特性分析的输出  40-43
    2.5.1 静稳定性与静操纵性  40-41
    2.5.2 本体动稳定性与操纵性  41-43
第三章 飞控系统设计与飞行仿真  43-54
  3.1 飞控系统设计  43-46
    3.1.1 基本设计方法  43-44
    3.1.2 飞控系统的类型  44
    3.1.3 飞控系统的建模与控制律设计  44-46
  3.2 全机仿真分析模型的建立  46-51
    3.2.1 大气环境模型  46-47
    3.2.2 操纵指令模型  47
    3.2.3 传感器与测量模型  47-49
    3.2.4 舵面操纵机构模型  49-50
    3.2.5 全机仿真模型  50-51
  3.3 视景仿真  51-54
    3.3.1 FlightGear 的应用  51-53
    3.3.2 Simulink 仿真模型与FlightGear 的接口  53-54
第四章 操稳特性快速评估系统  54-58
  4.1 集成分析方案  54-55
  4.2 集成分析流程的实现  55-58
    4.2.1 利用MATLAB 脚本集成  55
    4.2.2 利用批处理程序集成  55-57
    4.2.3 利用iSight 软件集成  57-58
第五章 在飞机设计中的应用  58-66
  5.1 在无人机设计中的应用  58-61
    5.1.1 本体操稳特性分析  58-59
    5.1.2 飞控系统快速配置  59
    5.1.3 飞行仿真分析  59-61
  5.2 在大型客机设计中的应用  61-66
    5.2.1 放宽静稳定度设计  61-63
    5.2.2 基于飞行仿真的优化设计  63-65
    5.2.3 优化结果分析  65-66
第六章 总结和进一步的工作  66-68
  6.1 本文总结  66-67
  6.2 进一步的工作  67-68
参考文献  68-70
致谢  70-71
在学期间的研究成果及发表的学术论文  71

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 飞机构造与设计 > 总体设计
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