[发明专利]一种后缘舵滑翔飞行器的弹性运动建模方法

说明书

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。

技术领域

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。

背景技术

随着飞行速度和机动性的不断提高，飞行器弹性结构与气动、控制系统耦合的动力学问题受到日益重视。作为控制对象的弹性飞行器，姿态控制系统的敏感元件除了感应刚体运动外，还感受弹性结构的振动。用于描述飞行器弹性振动的弹性运动方程，其模型的正确性关乎姿控系统设计的成败。而传统的简化弹性运动建模方法(参考文献：《导弹与航天丛书——控制系统(上)》，2.3.4节)，对于后缘舵控制的新一代高超声速面对称飞行器，已不再适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种后缘舵滑翔飞行器的弹性运动建模方法，对传统弹性运动建模方法进行修正和完善。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种后缘舵滑翔飞行器的弹性运动建模方法，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

W_i(X)即弹体弹性的第i次固有振型函数，Φ＝[W₁(X),W₂(X),…,W_n(X)]，q_i(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Φ^T得

式中，Μ_p＝Φ^TMΦ，C_p＝Φ^TCΦ，K_p＝Φ^TKΦ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，F_p＝Φ^Tf为广义力阵，

式(3)写成

其中ω_i——第i次振型的固有频率；

ξ_i——第i次振型的阻尼系数；

F_i——对应第i次振型的广义力；

M_i——对应第i次振型的广义质量；

且有