柔性折叠翼飞行器飞行动力学问题研究.pdf

中图分类号: 论文编号:1028701 13-S007
学科分类号:080102


硕士学位论文

柔性折叠翼飞行器飞行
动力学问题研究


研究生姓名顾鑫
学科、专业固体力学
研究方向气动弹性力学
指导教师韩景龙教授


南京航空航天大学
研究生院航空宇航学院
二О一二年十二月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Aerospace Engineering

Flight Dynamic Studies of a Flexible
Folding Wing Aircraft

A Thesis in
Solid Mechanics

by
Gu Xin
Advised by
Prof. Han Jinglong

Submitted in Partial Fulfillment

of the Requirements

for the Degree of

Master of Engineering

December, 2012
承诺书

本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进
行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致
谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成
果,也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位
或证书而使用过的材料。
本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部
分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描
等复制手段保存、汇编学位论文。
(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)





作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
折叠翼飞行器作为未来智能变体飞行器的重要设计方案,其气动弹性和飞行动力学问题已
成为国内外学者的研究热点。本文以折叠翼飞行器为研究对象,基于 ADAMS 平台,应用虚拟
样机技术,分别采用理论气动力和非定常 CFD 气动力,对柔性飞行器的纵向飞行动力学问题进
行了研究,其研究结果可为飞行器的实际设计提供参考依据。
首先利用有限元技术,对飞行器各子结构进行建模,并定义相互间的铰链约束,按照模态
综合理论组建了折叠翼飞行器的有限元模型,然后对其进行模态分析和颤振分析,研究了折叠
角度对飞行器固有特性和颤振特性的影响规律。
将飞行器各子结构的模态信息导入 ADAMS,建立多体仿真模型,采用亚音速偶极子格网
法计算非定常气动力,并建立 PID 控制系统,对飞行器进行了计及气动弹性的飞行动力学仿真,
重点研究了其在折叠过程中纵向动态特性的变化情况,并分析了弹性变形和折叠角速度对纵向
运动参数的影响规律。
基于动态结构重叠网格方法和非定常 Euler 方程,在 ADAMS 平台上发展了一套可适用于
多体系统的 CFD/CSD 耦合计算方法。首先分析了飞行器在折叠过程中的纵向气动特性变化和
结构响应;然后着重探讨了机翼折叠过程对飞行器纵向运动的影响规律,并与理论气动力所计
算的结果进行了对比,得出了一些有意义的结论。
关键词:折叠翼飞行器,气动弹性,动力学仿真,CFD/CSD,ADAMS

本文论文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。










i
柔性折叠翼飞行器飞行动力学问题研究

ABSTRACT
Folding wing aircraft is an important potential design configuration for future smart morphing
aircraft. The aeroelastic and flight dynamic problems during the folding process have gained
researchers’ significant attentions. In this thesis, the entire folding process is simulated on ADAMS
platform with virtual prototyping technique. A theoretical aerodynamic model and an unsteady CFD
aerodynamic