2015飞力实验班典型模态实验指导书

1、 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：专业方向：飞行器设计指导教师：王维军（2015年6月17日）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（Flight Dynamics） 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

2、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

3、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

4、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，副翼、方向舵等），被控对象采用小扰动线化运动方程模型。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

5、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 （1）飞机横侧小扰动方程为 （2）基准运动为某高度对称定直平飞，。飞机构型数据 ; 纵向参数（有量纲：英制单位）-0.-0.-0.0.-0.-0.0869.6279-0.540050.-18.-1.* 通过增大可放宽飞机纵向静稳定性，如：横侧参数（有量纲：英制单位）-0.-0.0.0-0.-0.-8710.-0.0-0.0.4.0.-0.附录：实验报告的格式 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）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