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新型超压翼伞特性分析与控制系统初步设计

作 者: 张俊韬
导 师: 侯中喜
学 校: 国防科学技术大学
专 业: 航空宇航科学与技术
关键词: 翼伞 经纬网络 充气翼 气动性能 动力学模型 控制系统
分类号: V221
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 79次
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内容摘要


超压翼伞具有气动效率高、可控性强、抗风能力好等优点,可以用于精确定点回收、可折叠飞行器等领域,因此具有良好的生存能力和应用价值。随着技术进步,这种飞行器以其远程飞行、高度高、长航时以及机动性好等方面的独特优势,将成为研究的热点并拥有巨大的发展前景。国内对相关领域的研究与国外相比还有很大差距。本文从总体设计的角度出发,采用理论分析与数值仿真相结合的方法,对超压翼伞系统的充气翼设计分析、动力学模型控制系统概念设计等问题进行了比较系统的研究,得到了若干有意义的结论。探讨了经纬网络充气翼的受力分析以及其变形的特点,在此基础上给出了经纬网络充气翼的设计方法,以精确地逼近标准翼型。利用CFD计算软件,通过与标准翼型的对比,比较系统地对充气翼的气动性能进行了分析。阐明了在一般的条件下,充气翼的气动性能较之与标准翼型有所下降,但幅度不大。这为总体的设计工作提供了反馈的参考,同时也为运动特性分析创造了条件。建立了带动力的超压翼伞系统的六自由度动力学模型。其中的表观质量采用含义较全的矩阵形式表示,并给出了半经验的计算式;依据对目前充气翼气动力研究现状的分析,采用气动估算与工程分段处理相结合的方法来得到所需的气动力。通过仿真计算,分析了超压翼伞的主要设计参数对其系统性能的影响,得到了一些有益的结论,为系统总体方案的设计与评估、运动状态的分析等提供了有价值的参考。从概念设计的角度对控制系统进行了硬件和软件的设计,实现了两者的结合。并对典型的运动状态进行了姿态控制律设计,体现了控制系统总体的指导思想,为后续的详细设计打下了基础。本文可为新型超压翼伞的总体设计、分析,以及相关问题研究提供关键技术参考和可行性研究参考。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章 绪论  12-27
  1.1 研究背景  12-15
    1.1.1 总体方案的提出  12-15
  1.2 相关领域国内外研究现状及发展趋势  15-25
    1.2.1 翼伞系统的国内外研究现状综述  15-21
    1.2.2 充气式机翼的国内外研究现状综述  21-24
    1.2.3 超压翼伞的研究意义  24-25
  1.3 论文的主要研究内容  25-27
第二章 超压充气结构特性分析  27-42
  2.1 引言  27-29
    2.1.1 充气结构概述  27-28
    2.1.2 经纬网络充气翼  28-29
  2.2 经纬网络充气机翼受力变形分析  29-35
    2.2.1 经纬网络充气翼内部受力分析  29-32
    2.2.2 经纬网络充气翼变形特征分析  32-35
  2.3 经纬网络充气机翼气动性能分析  35-41
    2.3.1 CFD 计算环境的影响  35-37
    2.3.2 网格收敛性分析  37-39
    2.3.3 充气翼与标准翼型性能比较  39-41
  2.4 本章小结  41-42
第三章 基本运动特性分析  42-64
  3.1 引言  42-43
  3.2 充气翼表观质量与气动力的计算  43-50
    3.2.1 表观质量  43-47
    3.2.2 气动力的计算  47-50
  3.3 六自由度运动方程  50-55
    3.3.1 基本假设  51
    3.3.2 坐标系的建立  51-53
    3.3.3 系统参数及质量特性的计算  53
    3.3.4 动力学方程  53-55
  3.4 基本运动特性分析  55-63
    3.4.1 系统的基本运动状态  56-59
    3.4.2 系统设计参数对系统性能的影响  59-63
  3.5 本章小结  63-64
第四章 控制系统概念方案设计  64-77
  4.1 概念设计的基本流程  64-66
  4.2 硬件设计  66-69
    4.2.1 系统的硬件结构  66-69
  4.3 软件设计  69-70
    4.3.1 系统的控制策略和软件设计  69-70
  4.4 姿态控制律设计  70-75
    4.4.1 反馈线性化概述  71-73
    4.4.2 典型状态的姿态控制律设计  73-75
  4.5 本章小节  75-77
结束语  77-79
致谢  79-80
参考文献  80-83
作者在学期间取得的学术成果  83

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 飞机构造与设计 > 总体设计
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