近空间大展弦比无人机气动弹性建模与分析

【摘要】：近空间大展弦比无人机能在超高空长时间巡航飞行,在未来战争中可以作为灵活便捷的“小卫星”提供侦察和通信服务。随着相关技术的发展,近空间大展弦比无人机的研究已成为一个热点问题。在研制近空间大展弦比无人机的诸多关键技术中,气动弹性模型的建立至关重要。由于近空间大展弦比无人机气动力和结构变形之间的耦合比较复杂,因而建立其模型是一项具有挑战性的工作。本文以近空间大展弦比无人机的气动弹性建模为主要研究内容,并基于模型对气动弹性现象进行分析和抑制。论文的主要工作如下: 1、基于Lagrange方程和气动力片条理论建立了近空间大展弦比无人机的气动弹性模型。不同于目前普遍采用的先利用Hamilton原理建立飞行器结构动力学微分方程再离散化得到结构状态空间方程的方法,本文利用Lagrange方程推导近空间大展弦比无人机的状态空间方程,气动力和结构变形之间的耦合通过广义气动力来表示。考虑到大展弦比机翼多为平直翼或后掠角很小,因此气动力模型采用基于片条理论的Theodorsen的气动力计算方法;与当前普遍采用的方法相比,本文的方法合理地简化了计算模型。 2、推导了近空间大展弦比无人机在其工作点附近的小扰动线性化方程,并分析了阵风干扰下纵向运动特性。 3、对阵风干扰引起的机翼颤振进行了抑制。本文通过颤振抑制系统的设计,消除了机翼的颤振,最终使机翼达到稳定状态;并且有效控制了有机翼颤振引起的俯仰运动的不稳定性。