飛行器動力學建模與仿真.

1、n控制工程對于廣義的系統(tǒng)工程設計的指導價值控制工程對于廣義的系統(tǒng)工程設計的指導價值；n系統(tǒng)工程的傳承性；系統(tǒng)工程的傳承性；n傳承與創(chuàng)新的關系；傳承與創(chuàng)新的關系；n“至少應該熟悉一個具體領域中的工程實至少應該熟悉一個具體領域中的工程實際問題，這樣才能對這一學科的基本命題際問題，這樣才能對這一學科的基本命題、方法和結(jié)論有深刻的理解、方法和結(jié)論有深刻的理解”。n “沒有工程技術的實際知識和實踐經(jīng)驗，沒有工程技術的實際知識和實踐經(jīng)驗，就缺少完全理解和徹底掌握工程控制論的就缺少完全理解和徹底掌握工程控制論的基礎基礎” 。主要以大氣層內(nèi)的有翼飛行器為重點對象主要以大氣層內(nèi)的有翼飛行器為重點對象.一則與我們

2、更加一則與我們更加接近接近,更容易為大家所理解更容易為大家所理解;二則這個對象的一些主要分析研二則這個對象的一些主要分析研究方法和思想究方法和思想,可以為更廣泛的領域所借鑒可以為更廣泛的領域所借鑒.飛行器的升力基本由彈翼提供飛行器的升力基本由彈翼提供常見的翼形常見的翼形推力來源：推力來源：發(fā)動機.阻力來源：阻力來源：空氣對機身 的阻力和摩擦力.升力來源：升力來源：伯努利原理.重力來源：重力來源：萬有引力.伯努利原理對應于標準的反饋控制框圖，對應于標準的反饋控制框圖，GNC分別對應于哪些元素？分別對應于哪些元素？1936年，德國開始進行年，德國開始進行“制導火箭制導火箭”研究工程。研究工程。著名

3、的著名的V1和和V2導彈，是現(xiàn)代制導武器的鼻祖，地地導彈。導彈，是現(xiàn)代制導武器的鼻祖，地地導彈。V1導彈傾斜發(fā)射，飛行完預設的距離后，轉(zhuǎn)動升降舵，掉頭俯沖攻擊目標。導彈傾斜發(fā)射，飛行完預設的距離后，轉(zhuǎn)動升降舵，掉頭俯沖攻擊目標。大約飛行大約飛行370km，使用自動駕駛儀，核心是陀螺。，使用自動駕駛儀，核心是陀螺。V2導彈投入實用，造成了很大心理威懾。導彈投入實用，造成了很大心理威懾。精度：精度：16km/322km系統(tǒng)組成：方向陀螺進行航向穩(wěn)定系統(tǒng)組成：方向陀螺進行航向穩(wěn)定+時間驅(qū)動的俯仰指令機構(gòu)；軸向積分加速度時間驅(qū)動的俯仰指令機構(gòu)；軸向積分加速度計，當速度達到要求時，關閉發(fā)動機。使用了最早

4、的計，當速度達到要求時，關閉發(fā)動機。使用了最早的陀螺與加速度計陀螺與加速度計與現(xiàn)今高精度巡航導彈的差別：小閉環(huán)與大閉環(huán)與現(xiàn)今高精度巡航導彈的差別：小閉環(huán)與大閉環(huán)質(zhì)心的移動：力的影響：包括質(zhì)心的移動：力的影響：包括空氣動力空氣動力，發(fā)動機的推力和，發(fā)動機的推力和 重力。重力。繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動：相對于質(zhì)心的力矩繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動：相對于質(zhì)心的力矩,，包括，包括空氣動力矩空氣動力矩， 推力矩。推力矩。迎角在飛行力學，也就是作為控制對象的飛行器的特性建迎角在飛行力學，也就是作為控制對象的飛行器的特性建模中，具有基礎和核心的作用。正如同沒有反饋就沒有控模中，具有基礎和核心的作用。正如同沒有反饋就沒有控制一樣，沒有

5、迎角就沒有飛行力學，也就無從談上飛行器制一樣，沒有迎角就沒有飛行力學，也就無從談上飛行器的設計。的設計。翼面積翼面積S彈翼平面的投影面積，常作為特征面積；彈翼平面的投影面積，常作為特征面積；動壓動壓q=1/2V20/MaV V一般來說，各個力系數(shù)是一般來說，各個力系數(shù)是Ma數(shù)的函數(shù)數(shù)的函數(shù)對于一般的對于一般的GNC問問題，主要就是通過題，主要就是通過氣動力變化改變氣動力變化改變Y和和Z從而調(diào)節(jié)飛行從而調(diào)節(jié)飛行軌跡，而調(diào)節(jié)速度軌跡，而調(diào)節(jié)速度大小主要是發(fā)動機大小主要是發(fā)動機推力的功能。推力的功能。X=cx*q*SY=cy*q*SZ=cz*q*S一般來說，以上各個偏導系數(shù)都是一般來說，以上各個偏導

6、系數(shù)都是Ma數(shù)的函數(shù)數(shù)的函數(shù)面對稱面對稱:軸對稱軸對稱:攻角攻角提供的升力分量占到絕大部分，超過提供的升力分量占到絕大部分，超過90%，因此只有改變，因此只有改變才能真才能真正影響升力的變化進而改變飛行器的高度；升降舵正影響升力的變化進而改變飛行器的高度；升降舵z的改變不是用來直的改變不是用來直接影響升力的，而是通過調(diào)節(jié)接影響升力的，而是通過調(diào)節(jié)間接影響升力的間接影響升力的(飛行控制改變軌跡的機飛行控制改變軌跡的機理，需要深刻把握，并在未來的飛行控制設計中體會理，需要深刻把握，并在未來的飛行控制設計中體會)。力的作用點，壓心力的作用點，壓心(主要受主要受Ma數(shù)數(shù)影響影響)，十分重要，十分重要注

7、意觀察幾個控制舵的位置注意觀察幾個控制舵的位置小攻角和舵偏角情況下小攻角和舵偏角情況下:最關鍵的主要最關鍵的主要3項項(第第2到到4項項)：恢復力矩、操縱力矩恢復力矩、操縱力矩、阻尼力矩、阻尼力矩上述三項是控制設計中的主要考慮因素，而恢復與操縱力矩量值又遠比阻尼力矩大。上述三項是控制設計中的主要考慮因素，而恢復與操縱力矩量值又遠比阻尼力矩大?；謴土乜偸亲匀坏娜テ胶獠倏v力矩，使得二者之和基本為恢復力矩總是自然的去平衡操縱力矩，使得二者之和基本為0，顧名思義。改變操縱，顧名思義。改變操縱力矩，就必然改變了攻角，從而影響了升力大小力矩，就必然改變了攻角，從而影響了升力大小(這點在未來設計中可以通過

8、輸出曲這點在未來設計中可以通過輸出曲線對比的形式深化理解線對比的形式深化理解)。偏航偏航滾動滾動與縱向的相對獨立不同，偏航與滾動具有很強的耦合性，只要出現(xiàn)側(cè)滑角，與縱向的相對獨立不同，偏航與滾動具有很強的耦合性，只要出現(xiàn)側(cè)滑角，這兩個方向都會受到影響。這兩個方向都會受到影響。dVmFdtdHMdt歐拉角歐拉角方向余弦矩陣方向余弦矩陣coscossin(sincoscossinsin)cossincoscos(sinsincossincos)sincosdVmPXmgdtdmVPYZmgvvvvdtdvmVPYZvvvvdtcoscossincossinvvdxVdtdyVdtdzVdt 1111111sincos1(cossin )costan(cossin )yzyzxyzddtddtddt sincos cos sin()sinsincos()sincossinsincos sincos cos()sinsin()sincoscos /cossin(cossinsin