[发明专利]一种适用于弹性飞机的飞行仿真方法

权利要求书

1.一种适用于弹性飞机的飞行仿真方法，其特征在于，在刚性飞机飞行仿真中置入反映气动弹性效应的补丁模块，进行弹性飞机的飞行仿真；其中，所述方法包括：

(1)对弹性飞机进行运动建模，构建刚弹耦合方程；

(2)对刚弹耦合方程的广义气动力进行拆分建模，拆分为刚体模态广义气动力和弹性模态广义气动力；

构建广义气动力的表达式如下：

其中，f_η表示刚体模态广义气动力，f_ξ表示弹性模态广义气动力；η表示刚体模态广义坐标，ξ表示弹性模态广义坐标；δ表示舵面偏转角；w_g表示阵风速度；h表示线性或非线性的函数关系；将h简化为线性的函数关系后，构建广义气动力的线性表达式如下：

其中，为动压，V₀为来流速度；等式右端，第1项分别表示与飞机气动外形有关的刚体模态广义气动力和弹性模态广义气动力，第2项由气动力影响系数矩阵和表示与飞机刚体运动和弹性振动相关的广义气动力，第3项由气动力影响系数矩阵表示舵面偏转产生的广义气动力，第4项由气动力影响系数矩阵表示阵风引起的广义气动力；

进一步，将上式进行变换，得到：

其中，f_η^rigid为原有刚性飞机的广义气动力；表示刚体模态广义气动力的增量；表示弹性模态广义气动力的增量；

在弹性飞机的飞行仿真中，补丁模块利用f_ξ计算弹性效应，并从中得到弹性效应对刚体运动的影响Δf_η，将Δf_η与原有刚性飞机的广义气动力f_η^rigid叠加，得到刚体模态广义气动力f_η；

(3)弹性飞机上的传感器同时测量刚体运动和弹性振动的信号，补丁模块计算弹性振动引起的测量信号，并叠加在原有刚性飞机运动响应上，实现弹性飞机测量信号的模拟。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，根据广义气动力中的各气动力影响系数矩阵，将具有弹性效应的广义气动力拆分为三部分计算，如下：

(A)计算弹性模态广义气动力；利用时域下的气动力影响系数矩阵，以刚体模态广义坐标η、舵面偏转角δ和阵风速度w_g为变量，计算弹性模态广义气动力f_ξ^elastic，如下：

(B)建立气动弹性状态空间方程；针对频域下的气动力影响系数矩阵应用有理函数拟合技术，将其转化到时域下，则弹性模态气动力增量Δf_ξ转化为时域形式，如下：

其中，b为机翼的半弦长；分别为ξ和对应的气动力影响系数矩阵；

进一步，结合飞机的弹性振动方程，得到气动弹性状态空间方程为：

其中，I为单位矩阵，0为零矩阵，M、分别为广义质量矩阵、广义阻尼矩阵、广义刚度矩阵；

(C)计算刚体模态广义气动力的增量；应用有理函数拟合技术，将Δf_η转化到时域下进行求解，如下：

其中，分别为ξ和对应的系数矩阵；

根据气动弹性状态空间方程，计算得到飞机的弹性模态广义坐标及其导数代入上式，计算得到刚体模态广义气动力的增量Δf_η。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，根据气动弹性状态空间方程输出的弹性模态广义坐标及其导数ξ、计算测量信号的弹性效应增量，如下：

其中，Δa_x、Δa_y、Δa_z表示加速度在平均体轴系三个方向的弹性效应增量，Δp、Δq、Δr表示角速度绕平均体轴系三个轴的弹性效应增量，Δθ、Δψ分别表示欧拉角绕平均体轴系三个轴的弹性效应增量，n为模态阶数；和分别表示第i阶弹性模态振型在平均体轴系的三轴上的平动分量和转动分量；

在原有刚性飞机运动响应的基础上，叠加弹性振动引起的测量信号，模拟弹性飞机测量信号。