[发明专利]一种无人变体飞行器的建模参数计算方法

摘要

本发明属于飞行器建模技术，提出一种无人变体飞行器的建模参数计算方法，包括：S101、依据变体飞行器变体结构模型搭建基本方程,完成对方程组的修正，S102、根据完成的力方程组，确定需要计算的惯性矩与惯性积项的变化率、惯性修正项、气动修正项，给出相应的计算方法；S103、将等效速度变化量ΔV和三轴气动力F(Fx、Fy、Fz)带入气动修正项计算公式，将相对运动角加速度ε，变体部分惯性矩IM带入惯性力矩部分修正公式得到各个修正项的结果；根据惯性力计算方法计算得到惯性力部分修正公式涉及的惯性力修正。

主权项

一种无人变体飞行器的建模参数计算方法，其特征在于，包括：S101、依据变体飞行器变体结构模型搭建基本方程,完成对方程组的修正，修正的方程形式如下：力方程组：$\left\{\begin{array}{c}T+F_x-\mathrm{mg}\sin \mathrm{\θ}=m(\stackrel{\·}{U}+\mathrm{WQ}-\mathrm{VR})+h_{f_x}\\ F_y-\mathrm{mg}\cos \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\φ}=m(\stackrel{\·}{V}+\mathrm{UR}-\mathrm{WP})+h_{f_y}\\ F_z-\mathrm{mg}\cos \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\φ}=m(\stackrel{\·}{W}+\mathrm{VP}-\mathrm{UQ})+h_{f_z}\end{array}\right.---\left(1\right)$其中，T：发动机推力；g：重力加速度；F(Fx、Fy、Fz)：空气动力；m：飞行器质量；θ：俯仰角；φ：滚转角；U，V，W：三轴方向飞行速度；hf(hfx,hfy,hfz)：三轴力惯性修正项；力矩方程组：$\left\{\begin{array}{c}{h}_{\mathrm{mx}}+L+\mathrm{mg}\cos \mathrm{\θ}(\cos \mathrm{\φ}{\hat{S}}_y-\sin \mathrm{\φ}{\hat{S}}_z)\\ =\stackrel{\·}{P}{I}_x-\stackrel{.}{Q}{I}_{\mathrm{xy}}-\stackrel{.}{R}{I}_{\mathrm{xz}}+P{\stackrel{\·}{I}}_x-Q{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{xy}}-R{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{xz}}+\mathrm{QR}(I_z-I_y)-{\mathrm{PQI}}_{\mathrm{xz}}+(R^2-Q^2)I_{\mathrm{yz}}+{\mathrm{PRI}}_{\mathrm{xy}}\\ h_{\mathrm{mx}}+M+\mathrm{mg}(\cos \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\φ}{\hat{S}}_x-\sin \mathrm{\φ}{\hat{S}}_z)\\ =\stackrel{.}{Q}{I}_y-\stackrel{.}{R}{I}_{\mathrm{yz}}-\stackrel{.}{P}{I}_{\mathrm{xy}}+{\stackrel{\·}{\mathrm{QI}}}_y-R{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{yz}}-P{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{xy}}+\mathrm{PR}(I_x-I_z)-{\mathrm{QRI}}_{\mathrm{xy}}+(R^2-Q^2)I_{\mathrm{xz}}+{\mathrm{PQI}}_{\mathrm{yz}}\\ h_{\mathrm{mx}}+N+\mathrm{mg}(\cos \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\φ}{\hat{S}}_x-\sin \mathrm{\φ}{\hat{S}}_y)\\ =\stackrel{\·}{R}{I}_z-\stackrel{\·}{P}{I}_{\mathrm{xz}}-\stackrel{\·}{Q}{I}_{\mathrm{yz}}+R{\stackrel{\·}{I}}_z-P{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{xz}}{-\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{yz}}+\mathrm{PQ}(I_y-I_x)-\mathrm{PR}{I}_{\mathrm{yz}}+(Q^2-P^2)I_{\mathrm{xy}}+\mathrm{QR}{I}_{\mathrm{xz}}\end{array}\right.---\left(3\right)$其中，hm(hmx,hmy,hmz)：三轴力矩惯性修正项；L，M，N：三轴力矩；Sx，Sy，Sz：等效重心位置偏移；P，Q，R：三轴方向角速度；Ix，Iy，Iz：三轴惯性矩；Ixy，Iyz，Ixz：惯性积。S102、根据完成的力方程组，确定需要计算的惯性矩与惯性积项的变化率、惯性修正项、气动修正项，给出相应的计算方法；惯性矩与惯性积项的变化率计算方法：利用插值表进行插值计算，获得计算结论；惯性修正项计算方法：来自于机翼的加速变形过程和机翼变形过程中所需的向心圆周运动的各轴加速度，包括切向加速度法项加速度和科里奥利加速度惯性修正项计算方法的理论方程可以简单由牛顿运动定律确定如下：惯性力部分修正：其中VM为模型相对运动速度，ρM为模型相对转动半径，ε为相对运动角加速度，ω为飞机本体转动角速度，将ω在机体轴投影即P、Q、R；惯性力矩部分修正：(h_Mx,h_My,h_My)＝‑I_Mε(11)其中IM为变体部分的惯性矩，此即得到最终简化的变体惯性力矩修正。气动修正项计算公式：$\frac{\mathrm{\ΔM}}{M}=\frac{2\mathrm{\ΔV}}{V}+\frac{\mathrm{\Δ}{V}^2}{V^2}\≈\frac{2\mathrm{\ΔV}}{V}---\left(12\right)$$\frac{\mathrm{\ΔF}}{F}=\frac{2\mathrm{\ΔV}}{V}+\frac{\mathrm{\Δ}{V}^2}{V^2}\≈\frac{2\mathrm{\ΔV}}{V}---\left(13\right)$其中M为气动力矩，F为气动力，V为飞行速度，ΔV、ΔF和ΔM为对应参数的变化量，取增加为正，减小为负；S103、将等效速度变化量ΔV和三轴气动力F(Fx、Fy、Fz)带入气动修正项计算公式(12)，(13)，将相对运动角加速度ε，变体部分惯性矩IM带入惯性力矩部分修正公式(11)得到各个修正项的结果；根据惯性力计算方法计算得到惯性力部分修正公式(7)～(10)涉及的惯性力修正；把飞行器质量m，重力加速度g，三轴气动力F(Fx、Fy、Fz)，发动机输入信号反馈的发动机推力T，飞行传感器返回的参数俯仰角θ、滚转角φ、三轴方向角速度P，Q，R以及已经计算得到的惯性力修正和气动力修正带入力方程组(1)；把飞行器质量m，重力加速度g，三轴气动力矩L，M，N飞行传感器返回的参数俯仰角θ、滚转角φ、三轴方向角速度P，Q，R，于插值表中查得的惯性矩Ix，Iy，Iz、惯性积Ixy，Iyz，Ixz和对应插值得到的惯性矩与惯性积变化率、飞行器变形信号参数返回的等效重心位置偏移Sx，Sy，Sz以及已经计算得到的惯性力矩修正和气动力矩修正带入力矩方程组(3)；联立上述两个微分方程组，解出相关状态变量，即三轴方向角加速度完成无人变体飞行器的动力学部分参数建模过程。