弹性飞行器飞行动力学建模与刚柔耦合阶次分析 被引量：2

1

作者 安阳 王天舒 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期240-249,共10页

基于虚功率原理与混合坐标法,建立了弹性飞行器的飞行动力学模型。发现了附加在弹性结构上的部件会对飞行器姿轨运动与结构振动产生影响,从而给出了耦合系数与模态质量的修正项。定义了描述弹性变形项保留程度的刚柔耦合阶次,并以由弹... 基于虚功率原理与混合坐标法,建立了弹性飞行器的飞行动力学模型。发现了附加在弹性结构上的部件会对飞行器姿轨运动与结构振动产生影响,从而给出了耦合系数与模态质量的修正项。定义了描述弹性变形项保留程度的刚柔耦合阶次,并以由弹性本体和刚体舵面组成的刚柔耦合多体系统为例,通过对比不同刚柔耦合阶次下动力学模型的时域响应与保守系统的动量计算结果,分析了动力学模型及动量公式中弹性变形项的保留阶次对动力学响应及动量计算精度的影响。揭示了传统模型忽略弹性变形高阶项可能导致的误差水平,为弹性飞行器动力学模型的简化与验证提供了参考。 展开更多

关键词 弹性飞行器 耦合动力学 刚柔耦合阶次 虚功率原理 混合坐标法

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弹性飞行器飞行动力学建模研究 被引量：13

2

作者 郭东 徐敏 陈士橹 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2013年第4期413-419,436,共8页

随着飞行器结构模态频率与刚性模态频率愈加接近,弹性效应对弹性飞行器飞行动力学特性的影响变得愈加明显,特别是操稳特性将变得更加的复杂和严峻,已经不能用"刚性飞行器"的分析方法进行研究,因此迫切需要为弹性飞行器建立能... 随着飞行器结构模态频率与刚性模态频率愈加接近,弹性效应对弹性飞行器飞行动力学特性的影响变得愈加明显,特别是操稳特性将变得更加的复杂和严峻,已经不能用"刚性飞行器"的分析方法进行研究,因此迫切需要为弹性飞行器建立能够包含多学科耦合的飞行动力学模型。本文对弹性飞行器飞行动力学建模的相关研究进行了总结与发展:首先简要阐述了建立多学科耦合弹性飞行器飞行动力学模型的必要性;然后对传统的弹性飞行器飞行动力学模型进行了研究,分析总结了这些方法的优缺点;最后在此基础上提出了一种新的体轴系(瞬态坐标系),并利用拉格朗日方程和有限元思想推导了该坐标系下的动力学模型,该模型克服了传统模型的缺点,并准确自然地耦合了结构动力学、飞行动力学、空气动力学与控制等学科,较现有的模型而言,该模型能更充分更全面的描述弹性飞行器飞行过程中流场、结构、控制和飞行力学之间的交叉耦合特性。本文的研究成果可为弹性飞行器的动态特性分析提供必要的理论基础。 展开更多

关键词 弹性飞行器 动力学建模 多学科耦合 飞行动力学

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准坐标系下的弹性飞行器飞行动力学建模 被引量：3

3

作者 郭东 徐敏 +1 位作者 陈士橹 钱宇 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第11期2492-2495,2501,共5页

结合有限元思想和拉格朗日方程推导了准坐标系下的弹性飞行器飞行动力学模型,与通常采用的平均轴系建模方法相比,该方法克服了变量难在相同坐标系下表示等缺点,而且该模型包含了自由度之间所有的耦合,能够更充分的反映刚性自由度与弹性... 结合有限元思想和拉格朗日方程推导了准坐标系下的弹性飞行器飞行动力学模型,与通常采用的平均轴系建模方法相比,该方法克服了变量难在相同坐标系下表示等缺点,而且该模型包含了自由度之间所有的耦合,能够更充分的反映刚性自由度与弹性自由度间的交叉耦合特性,更全面的从本质上体现飞行器结构动力学、空气动力学以及飞行动力学这种多学科之间相互影响的非线性飞行动力学特性。该动力学模型可用于弹性飞行器非线性稳定性分析、弹性飞行器飞行动力学与控制理论分析等。 展开更多

关键词 弹性飞行器建模 非线性飞行动力学 多学科耦合 准坐标系 稳定性分析

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弹性飞行器敏感元件位置设置与参数优化综合 被引量：5

4

作者 严恒元 陈士橹 霍秀芳 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 1994年第4期10-16,共7页

本文研究了弹性飞行器敏感元件位置的设置问题，分析了敏感元件位置对弹性飞行器稳定性的影响，提出了几类飞行器自动驾驶仪敏感元件可能合适位置的选择准则。从飞行器弹性振动闭环系统方程出发研究了弹性飞行器参数优化综合的某些方法... 本文研究了弹性飞行器敏感元件位置的设置问题，分析了敏感元件位置对弹性飞行器稳定性的影响，提出了几类飞行器自动驾驶仪敏感元件可能合适位置的选择准则。从飞行器弹性振动闭环系统方程出发研究了弹性飞行器参数优化综合的某些方法。通过算例得到控制系统返馈系数，陀螺位置，舵面位置优化综合的数值模拟结果。这些结果与该飞行器实际采用的值符合较好。 展开更多

关键词 气动弹性 稳定性分析 敏感元件 弹性飞行器

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变结构控制及其对弹性飞行器紊流减载的应用 被引量：2

5

作者 祝小平 陈士橹 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1994年第4期611-617,共7页

研究了输出反馈变结构控制在弹性飞行器对大气紊流减载问题的应用．提出了输出反馈变结构控制系统滑动超平面的特征空间结构设计方法和具有鲁棒特性的变结构控制律．实例计算表明：该控制方法用于弹性飞行器对大气紊流减载是可行的．

关键词 变结构控制 弹性飞行器 紊流减载 飞行控制

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降低频带耦合的强静不稳定弹性飞行器控制 被引量：1

6

作者 王青 张伸 +1 位作者 梁津津 董朝阳 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期7-10,16,共5页

针对强静不稳定且刚/弹强耦合的高超声速飞行器,提出了一种新的控制设计方法。首先分析飞行器频带耦合机理,得到刚体对弹性稳定性产生影响的主要因素。继而提出改进双网络控制方法,该方法通过合理设计降低频带耦合,放宽对飞行器静稳定... 针对强静不稳定且刚/弹强耦合的高超声速飞行器,提出了一种新的控制设计方法。首先分析飞行器频带耦合机理,得到刚体对弹性稳定性产生影响的主要因素。继而提出改进双网络控制方法,该方法通过合理设计降低频带耦合,放宽对飞行器静稳定特性的要求,从而能够设计出刚体和弹性性能均满足要求且具有良好鲁棒性和快速性的控制器。将文中所提方案与鲁棒控制方案的结果进行数值仿真对比,验证了该设计方法的优越性。 展开更多

关键词 高超声速飞行器 弹性飞行器 静不稳定性 改进双网络方案

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非定常气动力作用下弹性飞行器的稳定性及耦合特性 被引量：2

7

作者 唐硕 陈士橹 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 1993年第2期171-177,共7页

本文对所建立的弹性飞行器非定常动力学模型,以系统矩阵和返回差矩阵讨论了这类多变量模型的稳定性,由此导出定量评价弹性飞行器系统运动变量,即姿态、弹性自由度、控制及观测变量相互间的开环与闭环耦合测度,从频域的角度描述了耦合特... 本文对所建立的弹性飞行器非定常动力学模型,以系统矩阵和返回差矩阵讨论了这类多变量模型的稳定性,由此导出定量评价弹性飞行器系统运动变量,即姿态、弹性自由度、控制及观测变量相互间的开环与闭环耦合测度,从频域的角度描述了耦合特性,具有较状态空间分析更直观、简捷的优点。文中还以算例给予了分析和验证。 展开更多

关键词 弹性飞行器 非定常气动力 稳定性

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基于降阶模型的弹性飞行器QFT控制器设计与仿真

8

作者 李爱军 孟文杰 +1 位作者 徐丽娜 刘世民 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期916-920,共5页

弹性飞行器具有很高的阶次,直接设计控制器会很困难,且不利于工程实现。为此,文章研究了基于降阶模型的控制器设计方法。以某大型弹性飞行器12阶模型为研究对象,首先利用平衡截断降阶方法对该模型降阶,所得到6阶的降阶模型能在较宽频段... 弹性飞行器具有很高的阶次,直接设计控制器会很困难,且不利于工程实现。为此,文章研究了基于降阶模型的控制器设计方法。以某大型弹性飞行器12阶模型为研究对象,首先利用平衡截断降阶方法对该模型降阶,所得到6阶的降阶模型能在较宽频段范围内近似全阶模型。然后,基于降阶模型,使用QFT方法设计飞行器的高度保持控制器,直接用于12阶模型的控制。给出了系统高度响应、鲁棒性验证以及系统状态和4阶弹性变形模态的仿真结果曲线。仿真结果表明,无论是在标称状态,还是当系统矩阵摄动的状态,高度响应都能快速跟踪指令信号,且无稳态误差,调节时间约为7 s,系统的各阶结构弹性变形模态都得到了快速抑制,最终衰减为零。 展开更多

关键词 弹性飞行器 模型降阶 平衡截断 定量反馈 飞行控制

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一类弹性飞行器动态特性的摄动估计

9

作者 唐硕 陈士橹 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1989年第1期11-20,共10页

本文针对一类高速、细长体飞行器的动力学模型,应用矩阵谱的摄动与估计理论,分析了气动力非定常因素对飞行器动态特性的影响。结论表明,利用低阶的准定常系统结果可以十分准确地估计非定常系统特性,从而大大降低动力学方程的阶次,为弹... 本文针对一类高速、细长体飞行器的动力学模型,应用矩阵谱的摄动与估计理论,分析了气动力非定常因素对飞行器动态特性的影响。结论表明,利用低阶的准定常系统结果可以十分准确地估计非定常系统特性,从而大大降低动力学方程的阶次,为弹性飞行器的降阶模型研究提供了理论依据,有助于飞行器主动控制系统的分析与设计。 展开更多

关键词 弹性飞行器 特征值 摄动

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敏感元件位置对弹性飞行器纵向稳定性的影响

10

作者 严恒元 陈士橹 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1994年第1期19-24,共6页

研究了弹性飞行器建模问题，分析了敏感元件位置对飞行器纵向稳定性的影响，提出了几类飞行器自动驾驶仪敏感元件合适位置的选择准则．最后通过算例得到的陀螺位置与飞行器实际陀螺位置较好地符合．

关键词 稳定性 敏感元件 弹性飞行器

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弹性飞行器气动伺服弹性稳定性分析与控制 被引量：6

11

作者 乔洋 于志鹏 陈刚 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期287-291,374,共5页

轻质结构大长细比弹性飞行器开环闭环颤振及控制系统设计是气动伺服弹性稳定性校核与分析的核心问题。本文利用振动模态试验数据修正了弹性飞行器结构有限元模型;使用涡格法进行非定常气动力计算,并利用最小状态法获得了弹性飞行器刚弹... 轻质结构大长细比弹性飞行器开环闭环颤振及控制系统设计是气动伺服弹性稳定性校核与分析的核心问题。本文利用振动模态试验数据修正了弹性飞行器结构有限元模型;使用涡格法进行非定常气动力计算,并利用最小状态法获得了弹性飞行器刚弹耦合频时域状态空间方程。绘制系统状态矩阵特征值随动压变化绘制的根轨迹图对该弹性飞行器开环颤振进行了分析。最后使用线性二次型方法设计了弹性飞行器主动颤振抑制控制律和纵向姿态控制器。仿真结果表明,系统在短的上升时间内实现了对指令的跟随,超调量合理,无静态误差。本文所采用的方法能够满足工程设计需求。 展开更多

关键词 弹性飞行器 颤振抑制 气动伺服弹性 姿态控制

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细长弹性飞行器飞行动力学并行计算及优化研究

12

作者 胡斌星 李新国 常武权 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第11期42-47,94,共7页

现代飞行器尤如导弹或火箭等飞行器其长细比大、低阶频率低,弹性变形和振动对弹道仿真导航、制导、推力模块的影响不容忽略。就细长体弹性飞行器全弹道仿真中弹性模块出现的计算速度慢、无法实现实时仿真等问题,通过分析不同计算规模下... 现代飞行器尤如导弹或火箭等飞行器其长细比大、低阶频率低,弹性变形和振动对弹道仿真导航、制导、推力模块的影响不容忽略。就细长体弹性飞行器全弹道仿真中弹性模块出现的计算速度慢、无法实现实时仿真等问题,通过分析不同计算规模下各计算步骤的占时比例,在单机多GPU环境下创新性的采用动态并行构建八叉树的方式表征气动参数表,并通过自适应硬件资源、合理利用共享内存以实现气动数据索引的性能优化;同时设计了 CPU端任务队列的异步计算架构,以此实现了 CPU-GPU不同粒度的并行任务计算。数值结果表明在单GPU条件下可得到20倍左右的加速比,双GPU并行计算可得到至少30倍的加速比,并以5 ms为时限取得了 40阶截断阶数、1 200站点的弹性飞行器实时仿真。 展开更多

关键词 弹性飞行器 并行计算 异步异构 统一计算设备架构 八叉树

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弹性高超声速飞行器多胞鲁棒变增益控制 被引量：2

13

作者 张科 崔建峰 吕梅柏 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期550-556,共7页

现有的高超声速飞行器控制系统设计方法在处理大包线飞行参数变动时计算复杂度较高,且较少考虑结构弹性的影响。针对上述问题,提出了一种基于张量乘积(TP)模型转换和可测状态反馈的多胞鲁棒变增益控制方法。其首先使用TP模型转换方法获... 现有的高超声速飞行器控制系统设计方法在处理大包线飞行参数变动时计算复杂度较高,且较少考虑结构弹性的影响。针对上述问题,提出了一种基于张量乘积(TP)模型转换和可测状态反馈的多胞鲁棒变增益控制方法。其首先使用TP模型转换方法获取系统的多胞模型,然后基于线性矩阵不等式求解系统的多胞鲁棒变增益控制器。在求取控制器时,为简化控制器结构及降低控制器阶数,将弹性模态视为外部干扰,仅通过实际可测的刚体状态参数作为反馈量来设计控制器。仿真结果表明,所设计的多胞鲁棒变增益控制器可实现参考指令的有效跟踪,并保证整个包线范围内弹性模态稳定。 展开更多

关键词 弹性高超声速飞行器 多胞系统 张量乘积模型转换 线性变参数

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面向控制的弹性高超声速飞行器建模方法研究

14

作者 崔建峰 张科 吕梅柏 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期557-562,共6页

高超声速飞行器广泛采用升力体、乘波体等气动布局和轻质材料,导致飞行器刚体模态与弹性模态的耦合问题突出。针对该类飞行器的特点,使用有限元方法基于变截面自由梁构建高超声速飞行器的结构弹性模型,利用当地流活塞理论计算弹性变形... 高超声速飞行器广泛采用升力体、乘波体等气动布局和轻质材料,导致飞行器刚体模态与弹性模态的耦合问题突出。针对该类飞行器的特点,使用有限元方法基于变截面自由梁构建高超声速飞行器的结构弹性模型,利用当地流活塞理论计算弹性变形引起的非定常气动力,然后借助均匀设计、逐步回归等统计学方法获取弹性高超声速飞行器的高精度曲线拟合模型。仿真对比分析表明,所介绍的高超声速飞行器弹性建模方法高效、可靠,其所建立的曲线拟合模型与原始物理模型的一致程度及精度均优于现有拟合模型,而所消耗的时间与计算机资源小于现有建模方法。 展开更多

关键词 弹性高超声速飞行器 均匀设计 曲线拟合模型 动态特性分析

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弹性高超声速飞行器动态面制导控制一体化设计方法 被引量：6

15

作者 安通 王鹏 +3 位作者 王建华 汤国建 潘玉龙 陈海山 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期956-966,共11页

面向弹性高超声速飞行器滑翔段制导控制系统设计问题,应用动态面控制理论设计了两种制导控制一体化方法。建立了弹性高超声速飞行器滑翔段纵向运动模型,并推导了具有严格反馈形式的弹性高超声速飞行器制导控制一体化设计模型。将弹性状... 面向弹性高超声速飞行器滑翔段制导控制系统设计问题,应用动态面控制理论设计了两种制导控制一体化方法。建立了弹性高超声速飞行器滑翔段纵向运动模型,并推导了具有严格反馈形式的弹性高超声速飞行器制导控制一体化设计模型。将弹性状态视为不确定项,分别基于自适应方法和非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer, NDO),开展动态面制导控制一体化系统设计,并基于Lyapunov定理证明了系统的稳定性。在标称状态下和参数偏差状态下开展仿真试验,验证了两种制导控制一体化方法的有效性和鲁棒性,并进一步分析了两种制导控制一体化方法的性能差异及其原因。 展开更多

关键词 弹性高超声速飞行器 动态面 制导控制一体化 自适应 非线性干扰观测器

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高超声速飞行器自适应故障估计与容错控制 被引量：3

16

作者 黄鑫 王婕 马晓 《控制工程》 CSCD 北大核心 2019年第10期1850-1856,共7页

为提高高超声速飞行器的安全性和可靠性,针对飞行器的执行机构失效故障问题,进行了自适应滑模容错控制方法的研究。首先,基于弹性高超声速飞行器的纵向动力学方程建立故障模型,并转化为严格反馈形式。其次,利用反步法设计控制输入,构造... 为提高高超声速飞行器的安全性和可靠性,针对飞行器的执行机构失效故障问题,进行了自适应滑模容错控制方法的研究。首先,基于弹性高超声速飞行器的纵向动力学方程建立故障模型,并转化为严格反馈形式。其次,利用反步法设计控制输入,构造自适应滑模容错控制律,及时快速处理故障影响。最后,利用Lyapunov稳定性理论证明了系统的渐近稳定性,仿真结果表明该方法能有效处理执行器控制效益损失故障,有较好的鲁棒性和容错能力。 展开更多

关键词 弹性高超声速飞行器 自适应容错控制 反演控制 执行器故障

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航空航天技术与力学 被引量：2

17

作者 陈士橹 《中国工程科学》 2003年第3期25-26,89,共3页

文章论述了航空航天技术发展与力学学科发展的依存关系 ,讨论了力学学科间的交叉及交叉学科的产生 ,重点介绍了飞行力学与空气动力学、结构力学、一般力学、自动控制等学科间的关系 。

关键词 航天技术 空气动力学 结构力学 一般力学 自动控制 飞行力学 弹性飞行器动力学 航空技术

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