[发明专利]一种变体飞行器的动力学建模与分析方法

权利要求书

1.一种变体飞行器的动力学建模与分析方法，其特征在于：包括变体飞行器的动力学建模方法与变体运动对变体飞行器动力学特性影响的分析方法两部分内容。

2.根据权利要求1所述的一种变体飞行器的动力学建模与分析方法，其特征在于：所述的变体飞行器的动力学建模方法包括如下步骤，

第一步，对变体飞行器的物理模型进行简化；

假设整个变体飞行器由五个部分组成：机身、左翼内侧、左翼外侧、右翼内侧以及右翼外侧，每个部分简化为一个独立刚体，质量分别为m_b、m₁、m₂、m₁、m₂，变体飞行器的总质量为m_t；机身简化为均质柱体，截面半径为R，长度为l₀，质心为点C_b；所述左翼内侧、左翼外侧、右翼内侧以及右翼外侧都简化为均质细杆，并且所述左翼内侧与左翼外侧之间、右翼内侧与右翼外侧之间的连接关系为沿杆长度方向的滑动连接；所述左翼内侧与机身之间、右翼内侧与机身之间的连接关系均为转动连接，转动轴分别位于为点A和点B；

第二步，坐标系定义；

O_gx_gy_gz_g为地面坐标系，假设为惯性系，z_g轴垂直向下指向地心；

Ox_by_bz_b为与机身固连的机体坐标系，以点A、点B连线的中点O为机体坐标系的坐标原点，x_b轴在变体飞行器对称平面内并平行于变体飞行器的轴线指向机头，x_b轴为机身的中心惯量主轴，y_b轴垂直于变体飞行器对称平面指向机身右方，z_b轴在变体飞行器的对称平面内与x_b轴垂直并指向机身下方；

坐标系C_bx₁y₁z₁以机身质心C_b为原点，坐标轴x₁y₁z₁方向与坐标系Ox_by_bz_b的相应坐标轴x_by_bz_b方向一致；

O₂x₂y₂z₂以左翼内侧的质心O₂为原点，通过把Ox_by_bz_b绕z_b轴转-θ₁角得到，x₂y₂z₂轴分别对应旋转后的x_by_bz_b轴；O₃x₃y₃z₃以左翼外侧的质心O₃为原点，x₃y₃z₃轴的方向与O₂x₂y₂z₂各相应轴的方向相同；同理得以右翼内侧的质心O₄为原点的坐标系O₄x₄y₄z₄，以右翼外侧的质心O₅为原点的坐标系O₅x₅y₅z₅；

第三步，变形运动的约束方程表示；

对于一个给定的变形过程，利用一组约束方程进行表示：

X＝f(X_r,t)   (1)

式中：X为状态向量，表示机翼变形运动的各个状态参数，所述状态参数包括机翼的可变形参数Δ₁、Δ₂、θ₁、θ₂的大小以及其变化的速度和加速度；X_r为各状态参数的给定值向量，t为时间；

第四步，广义坐标与广义速率的选取；

取机身的六个自由度作为变体飞行器的自由度；

选取机身上O点在地面坐标系中的坐标x、y、z以及机体坐标系Ox_by_bz_b相对于地面坐标系O_gx_gy_gz_g的俯仰角θ、滚转角偏航角ψ六个变量作为变体飞行器系统的广义坐标；选取O点在地面坐标系O_gx_gy_gz_g中平移运动的速度V在机体坐标系坐标轴x_b、y_b、z_b上的分量u、v、w，以及机体坐标系相对于地面坐标系转动运动的角速度ω在机体坐标系坐标轴x_b、y_b、z_b上的分量p、q、r这六个变量作为变体飞行器系统的广义速率u_k；

第五步，构造凯恩方程；

凯恩方程在惯性参考系里的表达式为：

F~k+F~k*=0(k=1,...,f)---(2)]]>

式中：和分别为广义速率u_k所对应的广义主动力和广义惯性力，f为相应系统的自由度数，且有：

F~k=Σi=1N[Fi·vci(k)+Mi·ωi(k)]---(3)]]>

F~k*=Σi=1N[Fi*·vci(k)+Mi*·ωi(k)]---(4)]]>

式中：N为相应系统的刚体数量；称为刚体i的第k质心偏速度；称为刚体i的第k偏角速度；F_i和M_i分别为作用在刚体i上的主动力的主矢和相对质心的主矩；和分别为刚体i的惯性力主矢和相对质心的主矩。