● 摘要
随着对飞行器设计知识的不断增长，设计水平的不断提高和设计手段的不断进步，对飞行器设计的要求也越来越高，现代的飞行器设计中，考虑飞行器的弹性已经称为必然。近年来，现代飞艇受到广泛关注，对飞艇的飞行动力学的研究不断增多，本文针对弹性飞艇，对其基于有限元方法和频域非定常气动力方法的飞行动力学建模方法进行研究。 飞艇属于薄膜结构，薄膜不能承受弯矩和剪切力，而且振动受周围空气的影响很大，本文分别对只考虑预应力和只考虑薄膜振动引起的张力影响的平面薄膜的结构动力学方程进行推导，同时对考虑空气影响的无限大平面薄膜的振动方程进行了介绍。 结构有限元方法已经成为工程分析中比较成熟和必不可少的工具，而且有限元模型可以建立的很精确，本文利用现有的商业有限元软件建立飞艇的有限元模型，由此获得飞艇的质量属性、质量矩阵。飞艇属于薄膜结构，薄膜结构的模态分析为考虑预应力状态下的模态分析，本文对飞艇进行不同充压状态下的模态分析，可以得到飞艇的模态信息、广义质量和广义刚度矩阵，不同的充压状态，可以了解飞艇模态随充压的化。 刚性飞艇飞行动力学特性的研究具有重要的参考意义。本文对刚性飞艇飞行动力学方程进行了详细推导，并对纵向方程进行小扰动线化，得到纵向飞行动力学状态空间方程，以此为基础，进行刚性飞艇纵向飞行动力学稳定性分析。 弹性飞艇具有无限多自由度，所以其飞行动力学方程利用能量法推导。选取合适的广义坐标，推导该广义坐标下的动力学方程和广义力。对推导的动力学方程进行小扰动线化，得到线化方程。气动力计算利用偶极子格网法，计算所得的气动力需要进行有理函数拟合。偶极子格网法适用于颤振求解气动力的计算，对于飞行动力学问题，拟合后的气动系数矩阵需要进行修正，鉴于数据获取的限制，本文直接利用有理函数拟合的结果进行计算。推导得到弹性飞艇的纵向飞行动力学状态空间方程，以此方程为基础，进行飞行动力学稳定性分析。气动力系数矩阵是由颤振计算获取的，所以，同时进行飞艇的颤振分析。