肖伟, 周洲, 祝小平, 王睿

(1.西北工业大学 无人机特种技术国家重点实验室, 陕西 西安 710065;2.西北工业大学 无人机研究所, 陕西 西安 710072)

高空太阳能无人机飞行动力学建模与分析

肖伟1, 周洲1, 祝小平2, 王睿1

(1.西北工业大学 无人机特种技术国家重点实验室, 陕西 西安 710065;2.西北工业大学 无人机研究所, 陕西 西安 710072)

高空长航时太阳能无人机的机翼是超柔性结构,在飞行中气动弹性变形体现了几何非线性特征,并与飞行动力学响应耦合,从而改变无人机的飞行特性。基于哈密顿原理,对柔性无人机进行了动力学建模,计算了不同装载时无人机的配平状态,并对飞行动力学特性进行了分析。结果表明,由于弹性变形和集中载荷的影响,无人机的短周期频率减小且阻尼增大,长周期运动与结构变形运动发生耦合,导致长周期的阻尼减小。

太阳能无人机; 气动弹性; 几何非线性; 飞行动力学

引言

太阳能无人机以太阳能为动力,不受常规动力飞机机载能源有限的约束,适合执行超长时间的侦察、监视和通信中继等任务,是高空长航时无人机的一个重要发展方向[1]。

高空长航时太阳能无人机的机翼展弦比很大、结构面密度很小,飞行中结构变形明显且特征频率低,容易与飞行动力学响应耦合,从而改变无人机的动力学响应特性。在飞行动力学建模时需要考虑机翼弹性变形的影响[2-3]。

本文基于哈密顿原理,在机翼的局部坐标系下推导了无人机的飞行动力学方程,并将其应用于太阳能无人机的动力学特性的分析。……