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两架公务机的数学模型及六自由度仿真

version 1.0.0.0 (28.6 KB) by 罗伯特·斯滕格尔
飞机飞行的六自由度非线性仿真

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更新2015年11月4日

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FLIGHT.m是一个教程程序,有大量的注释以便于解释。它提供了飞机的全六自由度仿真,以及在用户选择的任何飞行条件下的配平计算和线性化模型的生成[1]。通过更改代码中包含的编号,对飞机控制历史、初始条件、标志设置和其他程序控制动作进行更改;没有单独的用户界面。代码的设计是为了简单明了,而不是为了提高执行速度,这给读者带来了一个挑战,即如何让程序运行得更快。代码中可以添加许多内容,包括反馈控制逻辑的实现、随机湍流或微爆发风切变的模拟以及实时执行的接口。对于计算机代码的准确性或正确性,不作任何明示或暗示的保证。
FLIGHT.m是调用程序函数的脚本。此处定义初始条件,启用三个主要功能(微调、线性化和模拟),并生成输出。微调状态和控制的初始扰动允许模拟瞬态效应。如图所示,通过首先定义包含状态速率元素的成本函数J,然后使用fminsearch中包含的下坡单纯形(Nelder-Mead)算法最小化成本,实现稳定水平飞行的微调。纵向微调参数包括稳定角、油门设置和俯仰角。线性模型由numjac生成,numjac是与运动方程相关的雅可比矩阵的数值计算。线性模型保存到变量Fmodel和Gmodel中的磁盘文件中。MATLAB的ode23、ode45或ode15s集成运动方程以生成状态历史。状态历史以时间图的形式显示,角度从计算中使用的弧度转换为度。读者可以通过对代码的微小修改,随时更改标绘量的单位或添加额外的标绘。只要删除行末尾的分号,任何结果(例如,状态历史的数值)都可以显示在MATLAB命令窗口中。flag模型为BizJet a[2]选择低攻角、马赫数相关模型,或为BizJet B选择高攻角、低亚音速模型。

航空模型马赫数uses aerodynamic and dimensional data contained in [2] with estimates of inertial properties of the generic business jet. Details of the configuration, such as sweep and aspect ratio of the wing and tail, are used in the estimates of Mach effects. Estimates of Mach effects are based on the Prandtl factor or the modified Helmbold equation. AeroModelAlpha.m for BizJet B is derived using handbook methods for estimating geometric, inertial, and aerodynamic characteristics. The model is first built using GeoMassAero.m, which saves three .mat files describing the airplane: InerGeo.mat, DataTable.mat, and RotCont.mat. AeroModelAlpha.m loads the .mat files for use in FLIGHT.m. The angle-of attack range extends from -10 to 90 deg based on conventional low-alpha and Newtonian high-alpha estimates. No Mach, landing gear, spoiler, or flap effects are considered.

EoM的运动方程。M用平坦地球假设[1]来表示。为了防止在接近垂直飞行时的奇异计算,对俯仰角的余弦进行了特别限制。当俯仰角接近+/-90度时,这种方便性引入了一个小的误差。M指定一个停止条件,如果高度低于0,则在最后时间之前终止模拟。

修剪控制设置通过最小化包含在TrimCost中的纵向加速度(即轴向速度、法向速度和俯仰速率的变化率)的二次函数来计算。m[1]。TrimCost。米加工。M来产生所需的加速度。方向-余弦(或旋转)矩阵在函数DCM中实现。m[1]。矩阵将矢量从地球相对参照系变换到身体轴参照系。LinModel。m产生状态和控制雅可比矩阵的线性,时不变模型在修剪设置。在状态和控制的标称值处求雅可比矩阵。WindField。m produces a three-component wind vector as a function of altitude, with linear interpolation between tabulated points [1]. 1976 U.S. Standard Atmosphere air density, air pressure, air temperature, and sound speed are generated as functions of altitude by Atmos.m.

《飞行动力学》,普林斯顿大学出版社,普林斯顿,2004年。
[2] Soderman,P.T.和Aiken,T.N.,“带T型尾的小型无动力喷气式飞机的全尺寸风洞试验”,NASA TN D-6573,华盛顿特区,1971年11月。

引用作为

罗伯特·斯坦格尔(2021)。两架公务机的数学模型及六自由度仿真(//www.tatmou.com/matlabcentral/fileexchange/53821-mathematical-models-and-six-degree-of-freedom-simulation-of-two-business-jet-aircraft),MATLAB中心文件交换

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