飞行仿真第3章

第四章飞行动力学仿真飞行实时仿真系统及技术2本章内容概述飞机运动方程飞行系统仿真模型气动数据的表达形式4.1概述介绍作用于飞机上的力/力矩的相互关系力/力矩与飞机飞行轨迹和飞行状态的关系，即产生的效应4副翼方向舵升降舵常规布局F22机身机翼垂直尾翼水平尾翼襟翼水平安定面垂直安定面5鸭式布局J10机身机翼垂直尾翼鸭翼6无尾布局幻影2000副翼方向舵机身机翼垂直尾翼襟翼民机操纵面的典型布局7B777飞机共有31个作动器控制以下操纵面：每边机翼7片扰流片，每边机翼1片副翼，每边机翼2片襟副翼，1个方向舵，1个稳定平尾，1个升降舵等。现代歼击机操纵面典型布局8910运动方程质心运动方程=动力学方程+运动学方程旋转运动方程=动力学方程+运动学方程运动方程包括质心运动方程和旋转运动方程描述质心加速度与作用力的关系描述位置的变化率与速度的关系描述角速度与作用力矩的关系描述姿态的变化率与角速度分量的关系11飞行动力学系统建模思路力加速度速度飞机位置发动机系统起落架系统空气动力力矩角加速度角速度飞机姿态…………质心运动方程旋转运动方程受力分析1213飞行动力学系统建模特点飞行动力学系统的建模就是求解飞机运动方程计算量大与其它分系统数据铰链复杂。飞行模拟器许多分系统的驱动信号都需要飞行动力学仿真系统提供是影响飞行模拟器逼真度的一个主要因素飞行动力学模型输入输出参数的特点飞机是多输入多输出系统，输入参数数量较少，输出参数数量较多，同时满足所有输出参数动态响应要求是困难的；一个输入参数将控制多个输出参数的动态变化；输入参数有连续变化的，也有阶段变化的，而输出参数都是连续变化的；输入参数有极限值，如操纵面偏转角，输出参数有的有极限值，如过载、攻角，有的没有极限值，如航向角、横滚角；输出参数之间有互相影响；输出参数动态响应过程决定飞行品质和操纵品质。14154.2飞机运动方程建立飞机运动方程的假设飞机是刚体。在规定时间间隔内，忽略油量消耗，飞机质量可以近似为常数。飞机质量分布相对飞机纵向平面对称，可以将交叉惯量积视为零。假设地球为扁平形状，不考虑地球曲线表面，并且不考虑地球自转。发动机推力处于飞机机体轴水平面内。16质心动力学方程初始方程mFa推进力空气动力地球引力飞行器质心相对于大地的速度=P＋A＋mgdmdtVFdmdtVF()VmVFt18在机体坐标系中的方程形式pqruvwuvw飞机角速度分量飞机速度分量xyzmuqwrvFmvrupwFmwpvquF()VmVFt19旋转动力学方程推导初始方程/ddtHM飞行器的动量矩/角动量作用在飞行器上的力矩矢量刚体的惯性张量刚体的角速度=IH20dHHHxLyMzNdtt/ddtHM21在机体坐标系中的方程形式NpqIIqrpIrIMrpIIprIqILqrIIpqrIpIyxzxxxzzxyzyzxx2220000xzxyzxz（假设沿纵轴对称）0000xzxyzxzpHIqr所以，dHHHxLyMzNdttpqrxyzHHHxyzHHH22质心运动学方程///gggbgdxdtudydtvdzdtwL23......axbwxgaybbgwygazbwzgVuVVvVVwVL2222,,,,,,sin/tan/aaxbaybazbaybaazbaxbVVVVVVVV已知24旋转运动方程seccossecsinsincoscossinrqrqtgrtgqp254.3飞行系统仿真模型运动方程模块气动系数模块起落架力和力矩模块仪表系统视景系统运动系统发动机……发动机燃油质量特性气动力舵偏角起落架位置起落架力、力矩控制台风标准大气结冰1234526气动模块功能计算纵向气动力/力矩系数—CLCDCm计算横侧气动力/力矩系数—CYCnCl影响因素飞行参数、地面效应、气动弹性、飞机构形、动力装置的影响27计算公式升力系数()()()()()LLBLFLGRLGELICCCCCCCMCCCCLeLLBLe)()(0阻力系数侧力系数()()()()()()DDBDFDGRDGEDICDESCCCCCCC()()()()rYYYFYGRYCCCCC28CLw029气动力（机体轴）X轴方向气动力,(sincos)AxLDFCCQSY轴方向气动力Z轴方向气动力,AyYFCQS,(sincos)AzDLFCCQS30俯仰力矩系数偏航力矩系数滚转力矩系数nClCmmmm()()()()()()eemmoGFLmmqmeFGEICSTLCCxxCCCqCCCCC31气动力矩滚转力矩偏航力矩俯仰力矩ANAM[cossin]AlnwLCCQSb32起落架力和力矩模块功能计算起落架支柱冲击动态特性、刹车力计算、起落架总的纵向力、侧力及力矩影响因素跑道条件(干、湿、雪、结冰)飞行系统其它模块提供的飞机速度、角速度、高度、高度变化率，飞机质量和气动力、力矩操纵系统的前轮偏角，来自液压系统的刹车压力33运动方程模块功能解算飞机六自由度非线性全量运动方程获取飞机的姿态和位置以及其它飞行参数34计算飞机所受的合力沿X轴沿Y轴沿Z轴35计算沿机体轴飞机所受的合力矩滚转力矩偏航力矩俯仰力矩36计算沿机体轴飞机的线加速度，速度线加速度线速度37计算飞机迎角、侧滑角计算角加速度计算角速度计算三个欧拉角计算爬升率计算气压高度马赫数计算静压、动压38质量特性模块功能计算飞机的重量、重心、惯性矩和惯积影响因素初始外挂状态运行过程中需要考虑武器发射对飞机重量特性的影响飞机的空机重量、飞机外挂、剩余燃油、内装载重量和起落架收放等39风模块功能计算风速和风向404.4气动数据的表达形式来源于风洞实验、理论计算和飞行试验CFD，ComputationalFluidDynamics。——网格生成技术、流场求解技术和流场显示技术41表示方法数据的多项式拟合表格插值算法42思考题飞行动力学模型包括哪些主要组成部分？各部分的功能是什么？相互之间关系是什么？求解飞行动力学方程的一般思路是什么？如何解算飞机六自由度运动方程。