飛艇的氣動模型與線性運動特性分析.pdf

1、本文以飛艇為研究對象，在完成飛艇動力學建模過程中，除了考慮重力、浮力、推力對飛艇的作用外，重點分析了俄羅斯、美國以及加拿大體系下的氣動力模型，比較了不同氣動力結(jié)果的差異，進而討論不同氣動力成份對飛艇動態(tài)特性的影響。所進行的研究工作主要包括以下幾個方面:
　　(1)飛艇動力學模型的建立。本文基于空間運動的坐標系、坐標變換矩陣以及運動參數(shù)，推導了飛艇運動學方程和動力學方程，對飛艇受到的重力、浮力、推力等進行了分析和建模。
　　(

2、2)分析比較俄羅斯、美國、加拿大學者所采用的氣動力估算方法。以俄羅斯現(xiàn)代飛艇技術(shù)一書中A-01飛艇作為研究對象，分析三種不同的氣動力模型。根據(jù)俄羅斯飛艇動力學，將飛艇的氣動力分為無粘性氣動力和粘性氣動力，無粘性氣動力表達式采用lamb的結(jié)果，粘性定常氣動力表達式通過風洞實驗得到。注意到不同國家所采用的坐標系不同，通過坐標變換的辦法將氣動力結(jié)果統(tǒng)一在美國坐標系下表示，得到了三種氣動力表達式。比較結(jié)果表明，這些氣動力模型均由粘性氣動力的結(jié)果

3、和無粘流氣動力的結(jié)果融合而成，但在處理細節(jié)上有所差異。美國學者認為所有與角速度有關(guān)的非定常氣動力均不存在;加拿大學者認為穩(wěn)定力矩應(yīng)該同時包含有粘流中的穩(wěn)定力矩和無粘流中的Munk力矩;俄羅斯學者則認為有粘性氣動力表達式中已包含無粘性中的相同非定常氣動力項。文中對這些觀點的合理性進行了進一步的討論。根據(jù)以上三種氣動力分析思路，得到了美國坐標系下三種不同的氣動力結(jié)果，從而得到三種氣動力模型下的飛艇六自由度動力學方程。
　　(3)分析不

4、同氣動力成分對飛艇動態(tài)特性的影響。分別對三組不同氣動力模型下的六自由度方程進行小擾動線性化。分別計算三組縱向和橫向狀態(tài)方程的特征根，采用模態(tài)分析法，比較不同氣動力成分對飛艇運動模態(tài)穩(wěn)定性的影響，進一步討論不同氣動力觀點的合理性。同時也分析了飛艇橫向和縱向運動特性的差異，探討了飛艇結(jié)構(gòu)對飛艇運動特性的影響。相對于俄羅斯氣動力模型來說，美國氣動力模型中沒有考慮氣動力關(guān)于各角速度的阻尼項，因此在縱向運動中，缺少阻尼項導致飛艇擺動模態(tài)無法收斂，