考虑刚体/弹性耦合的飞机动稳定性研究

以大展弦比无人机为例,研究刚体运动对飞机纵向气动伺服弹性(ASE)稳定性以及弹性运动对飞机纵向飞行力学稳定性的影响。针对带有反馈控制的飞机,建立了时域的刚体/弹性耦合运动方程;以刚体运动频率与一阶弹性频率的比值为参数,分别研究有无刚体模态时的ASE系统稳定裕度和有无弹性模态时的飞行力学稳定裕度。数值仿真表明,当飞机刚体运动频率与一阶弹性频率的比值大于0.01时,飞机刚体运动对ASE稳定裕度的影响逐渐显现;当该频率比值大于0.03时,飞机弹性运动对飞行力学稳定裕度的影响开始突现;当该频率比大于1时,刚体弹性耦合效应不可忽略。     

飞行器失稳平面振荡运动的物理机制

基于全局亚迭代耦合求解非定常流体动力学方程和刚体动力学方程(CFD/RBD),研究动不稳定飞行器在自由俯仰与自由沉浮二自由度下自激发平面失稳运动的非定常特征。数值研究表明:超声速锥-柱-裙飞行器的平面失稳运动发展为极限环形式,并伴随着波系结构非定常变化;平面运动保持了自由俯仰基本运动特征,但同步自由沉浮使得极限环周期运动的振幅更小、频率更快;平面自由运动中飞行器绕靠近头部的"不动点"转动。基于第二拉格朗日方程和虚功原理,导出能够描述迟滞现象的参数化非线性动力学模型。多尺度近似分析(MTS)获得参数化运动特征:自激振动过程是拟简谐运动;平衡点阻尼是决定运动稳定特性的分叉参数;振幅特性与阻尼非线性相关,频率特性与刚度非线性相关;模型分析证实了平面自由运动的"不动点"现象并自洽地解释了沉浮自由度存在使得极限环振幅变小的动力学机制。非线性模型的理论分析、重构都与数值结果高度一致,从而有效地佐证了自激振荡建模研究的合理性。     

周期性小范围刚体定点运动的组合凸轮实现

为实现给定规律的定点运动,通常采用3个伺服机构进行编程控制。针对周期性和小范围的特点,提出的实现方法是用一个组合凸轮（由两个平面盘形凸轮与一个圆柱凸轮组合而成的构件）同时控制刚体上的3点,以实现给定的运动。对比可见,这种方案大大降低了复杂性和成本,而可靠性却得以提高。     

多刚体系统动力学在汽车悬架运动学分析中的应用

本文介绍了一种适用于计算机分析的多刚性系统运动学分析的自然坐示法。利用自然坐标描述多刚体系统时，只需要一些点和一些单位向量，刚体的约束方程和运动副的约束方向组成了多刚体系统的运动学约束方程。     

考虑约束的机载导弹导轨发射数值模拟

采用计算流体动力学和刚体动力学模型耦合求解的方法,对导轨发射的机载导弹分离过程进行了模拟,导弹运动过程包含了双(多)吊挂约束、单吊挂约束和自由运动三个阶段,为了模拟单吊挂约束状态下导弹的运动,在刚体六自由度运动方程基础上,发展了约束形式的刚体动力学模型,通过计算刚体自由转动(欧拉陀螺)和旋转刚体的进动(拉格朗日陀螺)两个算例,得到与理论解吻合的计算结果,验证了运动模型的正确性。在此基础上,对某机载导弹的发射过程进行了数值模拟,模拟中根据后挂点所处不同位置分别采用直线运动、单铰链约束和六自由度运动模型。通过数值仿真,获取了发射过程的运动轨迹和姿态变化,结果表明中等攻角下翼吊导弹受到横向洗流的作用,产生较大的侧向力和偏航力矩,导致导弹发生横滚产生弹架干涉。单吊挂约束下导弹俯仰运动受到法向气动力、重力以及法向过载的作用,严苛条件下可能引起弹架干涉。     

一种分析弹性飞机总体运动稳定性及颤振特性的统一方法

 本文应用非定常气动力理论计算了刚体运动与弹性运动耦合的飞机运动方程中的非定常气动力及广义气动力导数,给出一种分析飞机总体运动稳定性及颤振特性的统一方法。     

柔性飞机非线性气动弹性与飞行动力学耦合静、动态特性

高空长航时(HALE)飞机结构细长、具有柔性,在常规飞行条件下可发生结构大变形、气动失速以及结构低频振动与刚体运动耦合,这些现象显著影响其静、动态特性.基于几何精确完全本征运动梁模型、ONERA动失速气动力模型和六自由度刚体运动模型,建立了考虑几何非线性、动失速和材料各向异性等因素的大展弦比柔性飞机非线性气动弹性与飞行...     

双转子系统轴承座松动的动力学模型及故障特性

针对双转子系统轴承座松动故障,基于实验台双转子结构,考虑松动轴承座的3自由度平面刚体运动,引入碰撞恢复系数,建立双转子系统轴承座松动的动力学模型.基于Timoshenko梁单元,利用有限元和刚体运动学方法,采用Newmark-β算法进行数值仿真,对轴承座松动故障时内、外转子运动的动力学特性进行了研究.同时,进行了两种不同转速组合下双转子系统的松动实验,结果基本相同.将仿真结果与实验结果对比分析,结果表明:轴承座松动故障时,松动转子振动位移波形有“削波”现象,内、外转子振动位移频谱不但含有两转子基频的差频与和频,还包含支承松动转子的2倍频,3倍频等分量;低频段谱线较多,含有分频成分等;转子位移频谱中还含有较少的组合频率成分等.轴承座单侧松动时,松动转子的轴心轨迹呈拉伸的类椭圆状.     

救生伞假人高速空投开伞动载试验

对刚体假人和软体假人进行地面冲击试验,用小波方法将假人质心动载按不同频率和观察尺度分开,并分析了混沌特性参数随小波观察尺度的演化规律。对刚体假人进行高速空投试验,并用相平面分析假人质心动载与姿态的关联性。结果表明:假人质心动载波动集中在30~50Hz的频段,软体假人对高频振荡具有良好的缓冲作用;质心动载的高频细节解随机性较大,高频干扰的误差放大率也较大,在刚体假人空投试验提取真实动载时应滤掉;高速空投试验过程中,拉直动载与开伞动载呈明显的负相关性,且开伞动载与假人的姿态角、角速度存在明显关联性,并得到了相平面中的有利开伞区域。     

弹性飞行器飞行载荷与动态特性分析

在综合考虑了刚体运动自由度和弹性自由度的弹性飞行器运动方程的基础上 ,采用了线性气动力的影响系数形式 ,提出了一套飞行载荷与动态特性分析的方程和方法 ,用于解决飞行力学和气动弹性力学中的静气动弹性发散、配平与结构变形、气动载荷分布、颤振与飞行动态特性等问题。算例表明 ,该方法有效可行 ,且对于大柔性飞行器 ,刚体运动模态与弹性模态之间的耦合是显著的 ,应予以重视。     

Estimation of 3D angular motion using gyroscopes and linear accelerometers

The authors present a novel, real-time angular motion estimation technique using a linear Gaussian estimator, and the outputs of linear accelerometers and gyroscopes, to assess the actual angular velocity of a rigid body in three-dimensional (3D) space. The method obtains the covariances of the random actual 3D angular velocity, the angular velocity measurement, and the measurement noise from the time averages of the outputs of an array of nine linear accelerometers and the outputs of three orthogonal gyroscopes. These statistics are used by the estimator to calculate the angular velocity of the rigid body in 3D space. The multisensor technique performance is evaluated through a computer simulation. Results indicate that the method leads to more accurate angular velocity values than are obtained conventionally.<>     

一种结合角距特征的改进栅格星图识别算法

针对栅格算法易受邻域星点影响导致误匹配的问题,提出了一种结合角距特征的改进栅格星图识别算法。首先介绍了改进栅格算法的原理,其次设计了融合栅格识别模式和星角距识别模式的算法实现流程,最后开展了基于不同视角下的大视场仿真星图的算法试验验证和性能分析。结果表明,由于角距特征具有旋转不变性和不易受观测星邻域星点分布影响等特点,结合角距特征对失效观测星进行再匹配的改进栅格算法,在兼顾存储量需求小、运行速度快等优势的同时,识别率和鲁棒性也得到了提升,最高识别率可达98.88%,在位置噪声干扰以及缺失星干扰下,改进算法的识别率仍可保持在95%,说明算法鲁棒性强,具有较好的应用前景。     

周期平均控制下固定翼双旋弹角运动特性分析

针对应用在固定翼双旋弹上的一种周期平均控制方法,通过对弹体修正组件滚转角进行傅里叶变换,得到了双旋弹在周期平均控制下角运动方程的模型,进而分析了周期平均控制下固定翼双旋弹的角运动响应,并根据双旋弹角运动特性和执行机构的性能限制给出了周期平均控制角频率的设计方法。引进2种具体的周期平均控制方案作为分析对象,并通过六自由度弹道仿真进行了验证。结果表明,对固定翼双旋弹角运动响应的分析能够反映周期平均控制的特性,周期平均控制角频率的设计方法可以设计出合理的角频率。     

Extension of Euler's theorem to n-dimensional spaces

Euler's theorem states that any sequence of finite rotations of a rigid body can be described as a single rotation of the body about a fixed axis in three-dimensional Euclidean space. The usual statement of the theorem in the literature cannot be extended to Euclidean spaces of other dimensions. Equivalent formulations of the theorem are given and proved in a way which does not limit them to the three-dimensional Euclidean space. Thus, the equivalent theorems hold in other dimensions. The proof of one formulation presents an algorithm which shows how to compute an angular-difference matrix that represents a single rotation which is equivalent to the sequence of rotations that have generated the final n-D orientation. This algorithm results also in a constant angular velocity which, when applied to the initial orientation, eventually yields the final orientation regardless of what angular velocity generated the latter. The extension of the theorem is demonstrated in a four-dimensional numerical example. The issue of the correct n-D representation of angular velocity is discussed     

非旋转钝锥高超声速自由飞非线性角运动轨迹重构与分析

采用多阶段曲线拟合技术,对双平面拍摄风洞自由飞试验获得的高超声速下非旋转钝锥角运动观测值作了拟合,获得了与试验观测值重合度较好的拟合曲线,进而实现了对试验模型非线性角运动轨迹的重构,获得了5次试验的复攻角和总攻角曲线,并进而对非旋转钝锥非线性角运动的特点和规律进行了分析。结果分析表明：模型复攻角曲线可能逆时针方向转动也可能顺时针方向转动,甚至可能改变转动方向;复攻角曲线多呈“椭”圆锥运动,且椭圆运动的长轴在大小和方向上均可能发生变化;总攻角幅值呈振荡变化,但多呈总体上减小的趋势;由于角运动的非线性特性,同样的试验模型在不同的预置攻角情况下其角运动特性也呈现出很大的不同。     

高密度栅测应变

将高密度光栅应用于力学参量的测量中。通过测得试件变形前后正交光栅衍射点阵的偏移移量，可逐点得到试件因载荷作用而引起的面内应变、离面位移和刚体传动分量。     

Dynamic simulation of aerial towed decoy system based on tension recurrence algorithm

Dynamic model of aerial towed decoy system is established and simulations are performed to research the dynamic characteristics of the system. Firstly, Kinetic equations based on spinor are built, where the cable is discretized into a number of rigid segments while the decoy is modeled as a rigid body hinged on the cable. Then tension recurrence algorithm is developed to improve computational efficiency, which makes it possible to predict the dynamic response of aerial towed decoy system rapidly and accurately. Subsequently, the efficiency and validity of this algorithm are verified by comparison with Kane's function and further validated by wind tunnel tests.Simulation results indicate that the distance between the towing point and the decoy's center of gravity is suggested to be 5%–20% of the length of decoy body to ensure the stability of system.In up-risen maneuver process, the value of angular velocity is recommended to be less than0.10 rad/s to protect the cable from the aircraft exhaust jet. During the turning movement of aircraft, the cable's extent of stretching outwards is proportional to the aircraft's angular velocity.Meanwhile, the decoy, aircraft and missile form a triangle, which promotes the decoy's performance.     

匀速俯仰运动及角速率对横向喷流的影响

为研究运动对横向喷流干扰特性的影响,数值模拟了导弹模型匀速俯仰运动过程的超声速横向喷流,获取了运动状态下的横向喷流干扰量,并对比分析了俯仰运动和角速率对喷口附近流场结构、模型表面极限流线、表面压力分布和子午线压力变化及气动特性和干扰放大因子造成的影响。结果表明：模拟参数范围内,动态及角速率影响随运动方向及迎角范围而发生变化;中小迎角时主要影响上游分离区和尾部偏折效应,大迎角时弓形激波位置变化显著;俯仰运动的气动特性和横向喷流干扰特性出现动态迟滞,且随角速率增加而增强;动态大迎角下由于压力平台效应减弱,其力矩放大因子受俯仰运动影响更为明显,出现偏离静态的不利结果。     

弹性飞机纵向稳定性分析

本文讨论弹性飞机的纵向稳定性问题。包括带与不带飞行控制系统两种情况。文中通过算例,分析讨论弹性飞机的总体运动模态和弹性运动振型之间的藕合以及弹性飞机本身和飞行控制系统之间的耦合。分析与计算表明,带有飞行的控制系统的飞机,其结构弹性变形运动对纵向稳定性的影响,即使对于算例中的“小”飞机,也是不可忽视的。飞机的弹性影响,不但会降低飞机的飞行品质,有时还会引起飞机与系统之间的耦合不稳定。     

关于起落架收放中转轴及转动的确定

 本文对用解析法确定起落架收放中转轴及转动的问题,进行一些探讨,除提出如何利用刚体绕斜轴的转动矩阵进行求解外,还对转轴和转角的某些求法进行补充。文中附有一飞机起落架收放算例。本文内容也可用于航空、航天器中一些天线、传感器等的收放设计。