[发明专利]飞行器建模与模型特性分析系统

权利要求书

1.一种飞行器建模与模型特性分析系统，其特征在于，该系统包括：空气动力模块、空气动力矩模块、六自由度运动方程模块、基准运动状态求解模块、运动方程线性化模块、纵向/侧向运动模块、特性分析与显示模块以及系统管理模块；

所述系统管理模块，配置为对系统进行初始化设置；还配置为存储飞行器状态信息和模型特性；所述初始化设置包括飞行器结构参数设置、基准运动条件设置以及传递函数输入/输出量设置；

所述空气动力模块，配置为计算作用于飞行器质心的气动力；

所述空气动力矩模块，配置为计算作用于绕飞行器质心的气动力矩；

所述六自由度运动方程模块，配置为结合所述气动力、所述气动力矩，构建飞行器全维运动状态方程组；所述全维运动状态方程组包括力矩方程组、角位移方程组、力方程组、线位移方程组、执行机构模型和大气模型；

所述基准运动状态求解模块，配置为求解飞行器在基准运动条件下的全维运动状态；

所述运动方程线性化模块，配置为在基准运动状态处对飞行器运动方程进行线性化，生成状态空间形式的飞行器全状态线性化模型；

所述飞行器全状态线性化模型为：

其中，为飞行器全状态量，、、表示飞行器在地面坐标系中的纵向位移、侧向位移和高度，、、表示飞行器的滚转角、俯仰角和偏航角，表示飞行速度，和分别为飞行攻角和侧滑角，、、表示飞行器在机体坐标系中的滚转角速率、俯仰角速率和偏航角速率，表示飞行器全状态量的导数，为输入量，模型的输出量在状态量的基础上加入了飞行器的三个轴向的加速度、飞行马赫数和动压值，，分别表示飞行马赫数和动压值，、、和分别代表模型的状态矩阵、控制矩阵、观测矩阵和前馈矩阵；

所述纵向/侧向运动模块，配置为基于飞行器全状态线性化模型提取纵向/侧向运动方程组，生成状态空间形式的飞行器纵向/侧向运动状态线性化模型；

所述特性分析与显示模块，配置为基于气动稳定性导数、全状态线性化模型零极点、飞行器纵向/侧向运动状态线性化模型零极点以及任意一个操纵输入量与飞行状态输出量之间对应的传递函数和稳定裕度进行飞行器模型特性分析，并输出模型分析结果；

所述气动稳定性导数包括沿飞行器机体坐标系三轴向的量纲为一的气动力系数、、，以及绕飞行器机体坐标系三轴向的量纲为一的气动力矩系数、、。

2.根据权利要求1所述的飞行器建模与模型特性分析系统，其特征在于，所述空气动力模块中“计算作用于飞行器质心的气动力”，其方法为：基于飞行器实时状态以及气动力数据，通过插值算法求解飞行器当前时刻的气动力；具体如下：

其中，、、分别为沿飞行器机体坐标系三轴向的量纲为一的气动力系数，、、表示飞行器机体坐标系下气动力的分量，为动压，为参考面积，、和分别为飞行器的副翼、升降舵和方向舵偏量，和分别为飞行攻角和侧滑角，为升降舵偏转导致的轴向气动力变化量系数，为俯仰角速率不为零时产生的轴向动态气动力变化量系数，为副翼和方向舵偏转导致的轴向气动力变化量系数，为偏航角速率不为零时产生的轴向动态气动力变化量系数，为滚转角速率不为零时产生的轴向动态气动力变化量系数，为升降舵偏转导致的轴向气动力变化量系数，为俯仰角速率不为零时产生的轴向动态气动力变化量系数，为参考长度。

3.根据权利要求2所述的飞行器建模与模型特性分析系统，其特征在于，所述空气动力矩模块中“计算作用于绕飞行器质心的气动力矩”，其方法为：基于飞行器实时状态以及气动力矩数据，通过插值算法求解飞行器当前时刻的气动力矩；具体如下：

其中，、和表示绕飞行器机体坐标系三轴向的气动力矩分量，为参考长度，、、分别为绕飞行器机体坐标系三轴向的量纲为一的气动力矩系数，为副翼和方向舵偏转导致的轴向气动力矩变化量系数，为偏航角速率不为零时产生的轴向动态气动力矩变化量系数，为滚转角速率不为零时产生的轴向动态气动力矩变化量系数，为升降舵偏转导致的轴向气动力矩变化量系数，为俯仰角速率不为零时产生的轴向动态气动力矩变化量系数，为副翼和方向舵偏转导致的轴向气动力矩变化量系数，为偏航角速率不为零时产生的轴向动态气动力矩变化量系数，为滚转角速率不为零时产生的轴向动态气动力矩变化量系数。