[发明专利]一种飞行器耦合动稳定性特征分析方法

权利要求书

1.一种飞行器耦合动稳定性特征分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100，给定“3211”输入信号，通过CFD求得气动力输入输出信号；

步骤200，通过输入输出信号辨识非定常气动力降阶模型；

步骤300，将离散空间的非定常气动力模型转化为连续空间的状态空间形式；

步骤400，将刚体动力方程转化为连续空间的状态方程；

步骤500，结合非定常气动力降阶模型与刚体动力方程，获得耦合动稳定性分析模型；

步骤600，求解特征矩阵特征根，根据结果即可分析出当前飞行器耦合动稳定性特征；

所述步骤200中的非定常气动力降阶模型结构为：

式中y(k)表示第k时间步的广义气动力矢量，u(k-i)表示第k-i个时间步的广义位移输入矢量；A_i和B_i为待辨识的系数矩阵；na和nb分别为输出和输入的延迟阶数，表征气动力的非定常效应；

当na＝0且nb＝1时，所述非定常气动力降阶模型结构本质上是一种定常模型；当na＝0且nb＞1时，所述非定常气动力降阶模型结构本质上是一种准定常模型；当na＞0且nb＞1时，所述非定常气动力降阶模型结构本质上是一种非定常模型；

所述非定常气动力降阶模型结构为(1)式中第k个时间步的响应看作是离第k时间步最近的前na个输出和nb个输入的线性组合；

所述步骤200中得到的非定常气动力模型在与刚体运动方程耦合前先转化为状态空间形式，转化过程如下：

令模态位移ξ＝u，模态气动力系数f_a＝y，定义如下状态向量：

x_a(k)＝[f_a(k-1),…,f_a(k-na),ξ(k-1),…,ξ(k-nb+1)]^T (2)

则式(1)可以写为：

式中：

然后将(3)转化为(4)式的连续系统的状态空间形式：

其中，α为飞行攻角；

刚体动力方程的广义形式为：

其中，M为广义质量矩阵，Q为广义气动力矩阵，ξ为广义模态位移矩阵；

定义状态变量则(5)式所示刚体动力学系统可变化为：

式中，q表示自由来流动压；

应用离散空间至连续空间转化方法，可直接将(6)转化为(7)式的连续系统状态空间形式：

将非定常气动力降阶模型在连续系统下的状态空间公式(4)，与刚体动力方程在连续空间的状态方程公式(7)进行反馈连接后即可得到当前飞行器的耦合动稳定性分析模型，模型如下：

对式(8)中的特征矩阵求特征根，特征根实部表征系统阻尼，虚部表征系统频率；当所有特征根实部全部为负时，该设计点的飞行器动稳定；当出现正实部的特征根时，该设计点的飞行器动不稳定；通过获得每个设计点的飞行器的动稳定性特征后，即可获得飞行器在整个飞行域内的动稳定性特征。