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在初步设计操作中，经常需要快速且经济地估计气动稳定性和控制特性。在这样的环境中，广泛应用复杂的自动估计程序通常会在时间和计算机成本方面令人望而却步。类似的低效率也伴随着手工计算程序，这可能需要花费大量工时，特别是如果涉及配置权衡研究，或者需要在一系列飞行条件下进行估计。美国空军稳定性和控制 Datcom 的基本目的是提供初步设计应用中估计稳定性和控制特性的方法的系统摘要。与此理念一致，数字 Datcom 计算机程序的开发是一种快速且经济地估计气动稳定性和控制特性的方法。
基于模型的新型轻型飞机设计
I.简介 制造新的或修改现有的飞行器是一个复杂且耗时的过程。工程师必须就飞行器配置和飞行控制设计做出决策，以确保满足系统级规范。对硬件的任何更改都非常昂贵且耗时。因此，在构建任何硬件之前尽可能地完成和验证设计非常重要。基于模型的设计使工程师能够在设计过程的早期阶段测试和验证他们的想法，此时对设计进行更改仍然相对容易且便宜。在本文中，我们使用一种新型轻型飞机设计的示例来介绍一种快速迭代飞行器几何配置和飞行控制设计的方法。本文介绍了稳定性和控制工程师在设计过程的早期阶段通常要经历的步骤。这些步骤包括：定义飞行器的几何形状、确定飞行器的空气动力学特性、创建模拟以验证性能以及设计飞行控制律。这些步骤中的每一个都可能是一项耗时的任务。在本文中，我们介绍了简化这些步骤并确保快速迭代设计的工具和技术。我们首先讨论一种基于飞行器几何形状确定飞行器空气动力学特性的方法。我们讨论美国空军数字数据汇编 (Datcom) 软件，并介绍 Digital Datcom 对我们特定飞行器配置的分析结果。然后，我们演示如何快速轻松地将从 Digital Datcom 获得的结果导入 MATLAB® 进行进一步分析。我们说明了对空气动力学稳定性和控制系数及导数的初步分析可以揭示有关飞行器性能和稳定性的信息。然后，我们将展示如何快速创建飞行器的模拟。我们将讨论运动方程的建模、作用于飞机的力和力矩的计算、传感器和执行器等飞行器部件的建模，以及大气、重力和风阵等环境影响的建模。我们将演示如何在模拟中使用 Digital Datcom 的空气动力学系数来快速计算作用于飞行器的空气动力和力矩。接下来，我们将讨论飞行控制设计技术。我们还展示了如何针对纵向飞行控制的具体示例有效地设计内环和外环控制器。以我们飞机的纵向控制设计为例，我们展示了如何轻松地线性化仿真模型，以及如何设计满足时域和频域规范的控制器。
固定翼飞机纵向飞行动力学建模...
摘要 — 考虑到机械系统动力学分析的多体方法，本文旨在构建一个简单的计算机模型来描述执行纵向运动的固定翼飞机的动力学。为此，分析了一种简化的飞行器模型，该模型没有控制面，具有轴向推力，并且空气动力学作用有限。然后使用 Digital DATCOM 软件对气动系数进行建模，同时将升降舵也视为控制面。首先，在多体动力学的背景下研究飞机动力学。然后，分析了被视为本文示例的案例研究，即 Cessna 172 Skyhawk 飞机。通过对外部施加的作用和气动系数进行建模，随后分析了飞行起飞阶段背后的基本力学。在本文中，使用拉格朗日公式方法驱动描述示例动态行为的运动方程。然后在 MATLAB 环境中构建的计算机代码中实现了示例的动态模型。通过这样做，该过程的目标是尽可能准确地开发 Cessna 172 Skyhawk 飞机的虚拟模型。如本文使用数值模拟所示，本文分析的案例研究的计算机模型能够模拟