[发明专利]一种多旋翼机的飞行品质建模校核方法

说明书

本发明属于多旋翼机技术领域，公开了一种多旋翼机的飞行品质建模校核方法，包括：S1，建立多旋翼机质心的线运动动力学方程和绕质心转动动力学方程；S2，建立三个姿态角的运动学方程，根据多旋翼机线运动动力学方程、绕质心转动动力学方程、三个姿态角的运动学方程，得到关于多旋翼机九个运动状态量的飞行动力学微分方程组；S3，对飞行动力学微分方程组进行配平，得到平衡状态；S4，在平衡状态下对所述飞行动力学微分方程组进行小扰动线化，并对多旋翼机的飞行品质指标进行校核，直接从基础物理理论层次对多旋翼干扰问题进行模拟，能够考虑瞬态机动飞行和多旋翼干扰对旋翼气动力的影响，得到准确的多旋翼干扰流场和气动力。

技术领域

本发明属于多旋翼机技术领域，尤其涉及一种多旋翼机的飞行品质建模校 核方法。

背景技术

以往的多旋翼机飞行品质建模技术通常围绕控制律设计开展，技术方法简 单、考虑因素少—旋翼拉力按旋翼转速二次方、功率按旋翼转速三次方的正比 例关系直接给出，或者采用理想的小扰动动态入流方法。建立的多旋翼机飞行 品质计算方法通常使用线性化的动力学模型，尚存在如下不足：

飞行品质计算方法与空气动力学关系密切，在多旋翼机旋翼转速变化或机 身瞬态运动时，旋翼气动力并非只与转速有关，其变化量较大也不能归结到小 扰动变化。上述公开技术的旋翼气动力建模计算方法中，不能计入多旋翼机瞬 态运动对旋翼气动力的影响，也不能计入多旋翼相互之间气动干扰对旋翼气动 力的影响，同时一般把旋翼桨叶根部视为刚性建模，忽视了目前越来越多的多 旋翼机旋翼采用铰接式桨叶的现状。这些因素导致旋翼气动力建模计算误差较 大。

飞行品质计算方法用于计算多旋翼机飞行的平衡性、稳定性和操纵性，在 多旋翼机气动设计中，这些特性的建模计算精度直接决定着飞行控制设计的效 果。线性化的动力学模型不能准确地对多旋翼机自身飞行品质中的稳定性、操 纵性等技术指标进行仿真和校核，使设计的飞行控制效果变差。

随着多旋翼机构型变化多端、旋翼数量越来越多，对于多于四副旋翼的飞 行器，因其气动操纵面(旋翼)多、机体运动自由度少，所以存在冗余操纵— 同一平衡飞行状态下，存在多种操纵方案备选，因此需要一种优化方法提出并 选择操纵方案。这决定着多旋翼机在同一飞行状态下功率消耗的大小和航程航 时的多少。但上述公开技术中未涉及相关的优选方法。

发明内容

本发明提供了一种多旋翼机的飞行品质建模校核方法，直接从基础物理理 论层次对多旋翼干扰问题进行模拟，能够考虑瞬态机动飞行和多旋翼干扰对旋 翼气动力的影响，得到准确的多旋翼干扰流场和气动力。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种多旋翼机的飞行品质建模校核方法，所述方法包括：

S1，建立多旋翼机质心的线运动动力学方程和绕质心转动动力学方程；

S2，建立三个姿态角的运动学方程，根据多旋翼机线运动动力学方程、绕 质心转动动力学方程、三个姿态角的运动学方程，得到关于多旋翼机九个运动 状态量的飞行动力学微分方程组；

S3，对飞行动力学微分方程组进行配平，得到平衡状态；

S4，在平衡状态下对所述飞行动力学微分方程组进行小扰动线化，并对多 旋翼机的飞行品质指标进行校核。

本发明技术方案的特点和进一步的改进为：

(1)S1具体为：

定义机体坐标系(X，Y，Z)，X轴指向多旋翼机前飞方向，Z轴垂直机体平 面向上，Y轴则根据右手法则确定，机体坐标系的原点取在机体重心位置；

多旋翼机质心的线运动动力学方程和绕质心转动动力学方程分别为：