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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
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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、动力学模型和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。
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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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