论文部分内容阅读
本文以飞艇为研究对象,在完成飞艇动力学建模过程中,除了考虑重力、浮力、推力对飞艇的作用外,重点分析了俄罗斯、美国以及加拿大体系下的气动力模型,比较了不同气动力结果的差异,进而讨论不同气动力成份对飞艇动态特性的影响。所进行的研究工作主要包括以下几个方面: (1)飞艇动力学模型的建立。本文基于空间运动的坐标系、坐标变换矩阵以及运动参数,推导了飞艇运动学方程和动力学方程,对飞艇受到的重力、浮力、推力等进行了分析和建模。 (2)分析比较俄罗斯、美国、加拿大学者所采用的气动力估算方法。以俄罗斯现代飞艇技术一书中A-01飞艇作为研究对象,分析三种不同的气动力模型。根据俄罗斯飞艇动力学,将飞艇的气动力分为无粘性气动力和粘性气动力,无粘性气动力表达式采用lamb的结果,粘性定常气动力表达式通过风洞实验得到。注意到不同国家所采用的坐标系不同,通过坐标变换的办法将气动力结果统一在美国坐标系下表示,得到了三种气动力表达式。比较结果表明,这些气动力模型均由粘性气动力的结果和无粘流气动力的结果融合而成,但在处理细节上有所差异。美国学者认为所有与角速度有关的非定常气动力均不存在;加拿大学者认为稳定力矩应该同时包含有粘流中的稳定力矩和无粘流中的Munk力矩;俄罗斯学者则认为有粘性气动力表达式中已包含无粘性中的相同非定常气动力项。文中对这些观点的合理性进行了进一步的讨论。根据以上三种气动力分析思路,得到了美国坐标系下三种不同的气动力结果,从而得到三种气动力模型下的飞艇六自由度动力学方程。 (3)分析不同气动力成分对飞艇动态特性的影响。分别对三组不同气动力模型下的六自由度方程进行小扰动线性化。分别计算三组纵向和横向状态方程的特征根,采用模态分析法,比较不同气动力成分对飞艇运动模态稳定性的影响,进一步讨论不同气动力观点的合理性。同时也分析了飞艇横向和纵向运动特性的差异,探讨了飞艇结构对飞艇运动特性的影响。相对于俄罗斯气动力模型来说,美国气动力模型中没有考虑气动力关于各角速度的阻尼项,因此在纵向运动中,缺少阻尼项导致飞艇摆动模态无法收敛,说明气动力阻尼项对飞艇动态特性有重要影响。加拿大气动力参数模型中,考虑了各种气动力项,并且没有消去Munk力矩,Munk力矩减小了飞艇俯仰扰动运动,使纵向摆动模态和横向偏航、侧滑衰减模态更快趋于平衡状态。 以上分析表明,不同气动力模型对飞艇动态特性影响不一样,飞艇气动力的研究是建立飞艇动力学模型的重要环节,也是研究飞艇动态特性的基础,飞艇气动力模型的研究具有重要意义。