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变化风场的建模与大展弦比无人机飞行仿真

俞玮  
【摘要】: 根据长航时无人机的特殊飞行任务特点和技术要求,在飞行试验阶段,有必要综合考虑飞行环境中各种大气干扰因素的影响,为无人机设计与仿真提供一个真实、适时的风场时空分布模型。同时变化风场中的大展弦比无人机不能当作质点受力考虑,而应作分散受力考虑,需要建立无人机的“有限大小”模型。本文的工作就是围绕飞行环境模拟和无人机动力学仿真展开。具体内容如下: 1.分析了高空长航时无人机的飞行特点,统计了几种的典型航空气象特征,并提出大尺度风场的垂直分层型,最后总结了大气风场的常用数值模拟方法; 2.讨论了以下几种典型风场模型(大尺度均值风模型、Dryden紊流模型、微下击暴流模型和过山气流模型)的物理特征与建模方法,并对单一模型进行复合,建立变化风场模型库,最后讨论了各种模型的真实性与如何应用于飞行仿真; 3.对传统的质点飞机模型做了改进,建立了基于变化风场和“有限大小”概念的无人机动力学模型,讨论“四点法”模型的具体仿真实现方法; 4.首次针对大展弦比无人机,进行变化风场中飞行仿真,讨论各风场模型的真实性及其对飞行性能曲线的影响; 5.介绍了整个仿真软件的原理与算法流程,分析并总结了变化风场中的飞行注意事项。 本文的数值建模方法与实际仿真软件对无人机的总体设计、飞行任务规划及控制器设计等都有实际的参考意义。


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