2015飞力实验班典型模态实验指导书

航空科学与工程学院《飞行力学实验班》课程实验飞机典型模态特性仿真实验报告学生姓名：张恺玲学号：12051265专业方向：飞行器设计指导教师：王维军（2015年6月17日）1实验名称:飞机典型模态特性仿真实验实验所属课程编号：实验所属课程名称:飞行力学（FlightDynamics）开课学期:春季一.实验目的飞机运动模态是比较抽象的概念,是课程教学中的重点和难点。本实验针对这一问题，采用计算机动态仿真和在人-机飞行仿真实验平台上的驾驶员在环仿真实验，让学生身临其境地体会飞机响应与模态特性的关系，加深对飞机运动模态特性的理解。二．实验内容1．纵向摸态特性实验计算某机在某状态下的短周期运动、长周期运动的模态参数；进行时域的非实时或实时仿真实验，操纵升降舵激发长、短周期运动模态，并由结果曲线分析比较模态参数；放宽飞机静稳定性，观察典型操纵响应曲线，并通过驾驶员在环实时仿真体验飞机的模态特性变化。2．横航向模态特性实验计算某机在某状态下的滚转、荷兰滚、螺旋模态参数；进行时域仿真计算，操纵副翼或方向舵，激发滚转、荷兰滚等运动模态，并由结果曲线分析比较模态参数。三、要求及考核方式1．要求学生就上述实验教学内容中的模态特性分析和动态仿真，独立在实验平台上编程、操作，并完成计算和分析报告。2．实验操作与讨论表现、实验报告质量综合评分。严禁抄袭。四、实验步骤1．模态特性分析。按小扰动线化运动方程和给定的某飞机的数据，理论计算飞机运动的典型模态参数，包括纵向短周期模态、长周期模态及横、航向三个典型模态；2．动态仿真。对上述模态分析结果，分别进行纵向和横航向的实时或非实时动态仿真，观察飞机的动态响应。分别给定升降舵，方向舵和副翼典型输入，激发飞机的纵向、横航向模态，通过时域方法获取相应的飞行运动模态参数，并与理论计2算结果对比；（横航向通过副翼阶跃来反映滚转收敛模态，螺旋模态可不作。）尝试改变某些气动参数，观察飞机的模态特性变化。3．人机闭环实验。通过修改参数放宽飞机静稳定性，进行人—机闭环实时操纵，通过跟踪纵向俯仰指令体验飞机模态特性与飞行品质的关系。4．整理撰写实验报告。五、实验原理1．实验设备本仿真实验采用人—机仿真通用实验平台进行。以固定基座简易模拟台作为人机界面，包括视景，仪表平显，操纵杆、油门、和控制开关等。2．实验原理框图人—机闭环指令跟踪飞行任务，其实验原理框图如下图所示，驾驶员通过消除误差e来跟踪指令r（如纵向的俯仰角，横侧向的,等）。u为驾驶员控制信号（如升降舵e，副翼a、方向舵r等），被控对象采用小扰动线化运动方程模型。驾驶员被控对象输出响应指令r误差e人机闭环仿真实验u本实验的人—机闭环纵向俯仰跟踪任务原理为，驾驶员通过消除俯仰角误差e来跟踪指令俯仰角（r）。u为驾驶员升降舵通道的控制信号，被控对象为纵向小扰动运动方程模型，该模型在模拟台上进行实时解算。人机界面通过综合屏显提供给驾驶员的视觉俯仰误差信息，用平显中的地平仪显示该误差信息，驾驶员通过杆操纵消除误差来实现对飞机俯仰角的跟踪。跟踪指令为具有一定带宽的随机信号。3．飞机运动模型和数据飞机纵向小扰动运动方程3000001000epepepuweuwqpuwqXXuuXXgZZwwZZZqqMMMMM（1）飞机横侧小扰动方程为00010000arararvpravprrvprYYvvYYYgpLLpLLLrrNNNNN（2）基准运动为某高度对称定直平飞，0.9,871/secMVft。飞机构型数据25500Sft机翼面积;195.6827.310.25bftcfth翼展，平均气动玄，重心位置；527272725()6.36610,(),32.2;32.2()1.8210,()3.3110,()4.9710,()9.7010xyzzxWWlbmsluggIslugftIslugftIslugftIslugft重量转动惯量惯性积；纵向参数（有量纲：英制单位）XZMu-0.0199998-0.0426897-0.00005547w0.0159027-0.0403485-0.0018935q0869.6279-0.54005e0.780974-18.713625-1.216945*通过增大wM可放宽飞机纵向静稳定性，如：0.001wM横侧参数（有量纲：英制单位）4YLNv-0.0605963-0.00151530.00111489p0-0.4602834-0.0207822r-8710.280013-0.140994a0-0.1859930.006110r4.0414390.100019-0.441911附录：实验报告的格式5航空科学与工程学院《飞行力学实验班》课程实验飞机典型模态特性仿真实验报告学生姓名：学号：专业方向：指导教师：王维军（年月日）6一、实验的目的、内容二、各典型模态理论计算方法及模态参数结果表a)b)…三、通过仿真获得的5种典型模态的动态响应结果曲线，及各曲线实验方式（算法/步长/具体激发方式等）说明，包括由作图法（时域分析法）求得的各模态参数，并与理论计算结果对比分析。（注：要求有作图痕迹）a)b)…四、修改2-3个稳定性导数（包含纵向静稳定性导数），通过典型输入下的仿真试验结果曲线，对比说明该导数对飞机模态特性的影响。进行放宽静稳定性后的人—机闭环实时仿真实验，体验飞机模态特性与操纵品质的关系。a)b)…五、思考题a)试说明5种典型飞行模态的运动特点，及其主要的运动状态参数；b)升降舵阶跃输入会引起飞机哪些状态参数的变化，典型的变化趋势怎样？c)哪些气动参数对纵向运动模态特性影响较大，试简单分析其原因；7