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无人机编队中的气动耦合问题研究

牟勇飚  
【摘要】:本文发展了一种研究无人机紧密编队飞行中气动耦合问题的新方法,并可以将其溶入到飞机六自由度运动分析中。利用基于Biot-Savart定律的修正的马蹄涡模型(Modified Horseshoe Vortex Model,MHVM)可以将长机的翼尖涡在僚机上产生的诱导速度写成两机之间相对距离和相对方位的函数。由于长机翼尖涡诱导产生的风场和风梯度是非均匀的,所以本文采用一种加权平均的方法将非均匀的风场和风梯度近似成作用在僚机质心上的有效风分量与风梯度。然后就可以将有效风分量与风梯度引入到标准的六自由度飞机运动学和动力学非线性方程组中计算出长机翼尖涡对僚机动力学的影响。 本文发展的模型可以适应不同类型的长机和僚机,以及各种主要的飞机几何参数如机翼后掠角,机翼上(下)反角以及飞机质心与机翼的气动中心之间的相对距离等。在估算紧密编队飞行中长机翼尖涡对僚机的影响时,本文在所用到涡模型中也考虑了由空气粘性引起的涡流随时间的衰减效应。 通过将本文方法计算的力系数和力矩系数与风洞实验结果进行的对比分析研究,可以发现本文计算的结果与实验结果定性的相符,并且某些结果如升力系数和滚转力矩系数在定性分析时与实验值也符合的很好。 最后本文简要的介绍了可直接引入有效风分量和风梯度进行飞行仿真研究的六自由度非线性飞机运动方程。 本文的研究方法可以方便的推广到空中加油以及空中交通安全的研究中。


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