高超声速飞行器对象特性建模

毕业设计（论文）报告纸编号南京航空航天大学毕业设计高超声速飞行器对象特性建模学生姓名刘超学号030710428学院自动化学院专业自动化班级0307104指导教师孙春贞讲师二〇一〇年六月毕业设计（论文）报告纸南京航空航天大学本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：高超声速飞行器对象特性建模）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。作者签名：年月日（学号）：毕业设计（论文）报告纸i高超声速飞行器对象特性建模摘要高超声速飞行器对象特性建模是高超声速飞行器仿真试验的基础，所有控制方案的仿真验证都必须依靠模型的建立。本课题根据国外公开的文献资料，获得飞行器的气动数据，采用Matlab/S-function及M语言建立高超声速飞行器六自由度运动模型，实现高超声速飞行器模型的模块化和通用化。首先，以插值表的形式导入气动数据，形成具有通用性的气动数据插值表。其次，从飞行器纵向和横侧向分别进行分析，实现对飞行器气动力和力矩的解算。最后，建立高超声速飞行器六自由度刚体运动模型。本文先介绍了高超声速飞行器的发展和研究背景，然后对飞行器的基本知识、动力学方程和运动学方程进行了阐述和介绍，再对高超声速飞行器气动力和力矩进行计算，在Matlab中得出飞行器纵向和横侧向气动力和力矩系数于马赫数、迎角、舵面偏转角的关系图，最后利用S-function建立高超声速飞行器六自由度运动模型并利用Simulink进行仿真。通过本文的研究，最终利用Matlab/Simulink搭建仿真框架，通过给定输入舵面，验证了模型的准确性，并通过编写函数，验证了数据导入的准确性。关键词：高超声速飞行器，对象特性，六自由度，建模毕业设计（论文）报告纸iiHypersonicvehicleobjectpropertiesmodelingAbstractHypersonicvehicleobjectpropertiesmodelingishypersonicvehiclesimulationexperimentfoundation,thesimulationverifyallcontrolschememustrelyonmodel.Thistopiconforeignpublicliteraturematerial,obtaintheaerodynamicsdata,usingtheaircraftareMatlab/S-functionandMlanguageestablishhypersonicvehiclesixdegreesoffreedommovementmodelandrealizehypersonicvehiclemodelofmodularandgeneralization.First,thepneumaticdataisimportedintheformoftheinterpolation,theformationofimportedpneumaticgeneralitypneumaticdatainterpolationtable.Secondly,fromaircraftlongitudinalandtransverselateralrespectively,andtorealizetheaircraftanalysisofaerodynamicforcesandtorqueforcalculating.Finally,establishhypersonicvehiclesixdegreesoffreedomrigidmotionmodel.Thispaperfirstintroducesthedevelopmentandhypersonicvehicleresearchbackground,andthenthebasicknowledgeofaircraft,kineticsequationandkinematicsequationsisdiscussedandintroduced,againtohypersonicvehicleaerodynamicforceandmomentinMatlabcalculation,drawtheaircraftlongitudinalandlateralaerodynamicforceandmomentcoefficientinMachnumber,Angle,actuatordeflectionAnglerelationshipdiagrams,finally,usingtheS-functiontobuildhypersonicvehiclesixdegreesoffreedommovementmodelandsimulationusingSimulink.Throughthisresearch,finallyMatlab/Simulinkbuildsimulationframework,throughthegiveninputactuator,theaccuracyofthemodelisproved,andverifiedbywritingafunction,theaccuracyofthedataimport.KeyWords：Hypersonicvehicle;Objectproperties;Sixdegreesoffreedom;Modeling毕业设计（论文）报告纸iii目录摘要.......................................................................iAbstract......................................................................ii第一章引言............................................................-1-1.1课题研究背景.......................................................-1-1.1.1高超声速飞行器的应用..........................................-1-1.1.2高超声速飞行器的发展过程......................................-1-1.1.3高超声速飞行器对象特性建模概述................................-3-1.2课题研究的目的及意义...............................................-4-1.3课题研究内容.......................................................-4-第二章飞行器六自由度刚体运动模型的数学描述...............................-6-2.1引言...............................................................-6-2.2飞行力学基本概念...................................................-6-2.2.1基本假设......................................................-6-2.2.2常用坐标系定义................................................-6-2.2.3常用角度定义..................................................-7-2.3飞行器的动力学方程和运动学方程......................................-8-2.3.1飞行器的动力学方程............................................-8-2.3.1飞行器的运动学方程...........................................-10-2.4本章小结..........................................................-10-第三章高超声速飞行器气动力和力矩计算....................................-11-3.1引言..............................................................-11-3.2高超声速飞行器基本结构与参数......................................-11-3.3高超声速飞行器纵向气动力和力矩系数................................-12-3.4高超声速飞行器横侧向气动力和力矩系数..............................-16-3.5高超声速飞行器气动力与力矩的计算..................................-20-3.6本章小结..........................................................-20-毕业设计（论文）报告纸iv第四章高超声速飞行器对象特性建模与仿真..................................-22-4.1引言..............................................................-22-4.2高超声速飞行器数学模型............................................-22-4.3利用S-function建立高超声速飞行器六自由度模型.......................-23-4.4利用Matlab/Simulink仿真和仿真结果.................................-25-4.5本章小结..........................................................-31-第五章总结与展望........................................................-32-5.1总结..............................................................-32-5.2后续研究展望......................................................-32-参考文献.................................................................-34-致谢.....................................................................-35-毕业设计（论文）报告纸-1-第一章引言1.1课题研究背景1.1.1高超声速飞行器的应用高超声速飞行器一般是指飞行速度超过5倍声速的有翼或无翼飞行器。由于其具有重要的军事意义，正成为当今世界军事强国所广泛关注的焦点。高超声速飞行器具有速度快、反应时间短、突防能力强等特点，能够有效地进行高空高速的侦察和突防，对敌方进行直接打击或作为远距离突袭的武器发射平台，大大提高了远程作战效能。不仅如此，高超声速飞行器还能有效地提高生存能力使敌方的防空系统难以拦截，并能对大量的目标进行快速迅猛地打击。基于以上优点，许多发达国家正在加紧研制高超声速飞行器，而且各国的研制