空气动力学建模.docVIP

一般来说，UAV飞行器的运动分为两部分：纵向运动和横航向运动。纵向运动如俯仰；横航向运动包括滚转、偏航和侧滑，此时飞行器的攻角、速度和对x轴的上升角保持恒定。为了分析纵向和横向运动，纵向力和横向力必须予以讨论，如：推力、升力、阻力、重力、陀螺力矩、低头-抬头力矩、内扭矩和外扭矩（？）等。 基本假设：前方来流速度有限；出口气流速度平行于对称轴，俯仰、滚转和偏航角速度均很小；操纵舵面完全处于出口流场之中，且气流为层流；忽略旋转量。 （角度关系不用讨论，忽略来流对的影响即可） 1、角度关系 图1：各个舵面上的角速度 取H.tail-1进行分析：（为攻角） 有： 因为 ， 所以 对于不同的操纵面，均不相同。根据上面相同的处理，可以得到另外的三个角度。 注：以上角度关系没有考虑舵面在操纵时的偏转，舵面偏角将在UAV飞行器的受力分析中进行讨论。 2、力和力矩分析 图3：UAV飞行器上的力和力矩 2.1.1重力 2.1.2推力 由伯努利方程有： （1） （2） 其中 由质量流量守恒有：（其中） 从而有 将其带入式（1）、（2），有： （3） （4） 升力： 即： 在悬停状态 2、涵道体 升力 将闭合的涵道体展开视为一段直机翼，该机翼与普通的直机翼具有相同的升阻特性，利用空气动力学知识可知： 阻力 俯仰力矩 侧滑力 偏航力矩 滚转力矩 涵道体自身不产生滚转力矩，所以： 导流片阻力与螺旋桨推力相比量值较小，若考虑其影响，其表达式为： 如果不计其影响，则该项为0。 将其转化到航迹坐标系下有： 拉力（在体轴系下）： (cos(alpha+beta)/2+cos(alpha-beta)/2)*(R2-R3+V*r*sin(beta)-V*q*cos(beta)*sin(alpha)) +sin(beta)*(R1+R4-V*r*cos(alpha)*cos(beta)+V*p*cos(beta)*sin(alpha))+(sin(alpha+beta)/2+ sin(alpha-beta)/2)*(R5+T-V*p*sin(beta)+V*q*cos(alpha)*cos(beta)) (cos(alpha)*(R5+T-V*p*sin(beta)+V*q*cos(alpha)*cos(beta)))/(V*cos(beta)) -(sin(alpha)*(R2-R3+V*r*sin(beta) - V*q*cos(beta)*sin(alpha)))/(V*cos(beta)) (cos(beta)*(R1 + R4 - V*r*cos(alpha)*cos(beta) + V*p*cos(beta)*sin(alpha)))/V + ((cos(alpha + beta)/2 - cos(alpha - beta)/2)*(R5 + T - V*p*sin(beta) + V*q*cos(alpha)*cos(beta)))/V - ((sin(alpha + beta)/2 - sin(alpha - beta)/2)*(R2 - R3 + V*r*sin(beta) - V*q*cos(beta)*sin(alpha)))/V 速度的投影为：（） 角速度的投影为： 质心动力学方程： 化简得： 在机体坐标系下气动力表达式 重力 速度的投影为：（） 角速度的投影为： 质心动力学方程： 化简得： 求解得： 绕质心转动方程： 对于涵道飞行器，可近似视为一个旋成体，所以。 运动学方程： 在机体坐标系下气动力表达式 重力 速度的投影为：（） 角速度的投影为： 质心动力学方程： 化简得：