滑跑三维动力学建模与纠偏控制约束分析

doi:10.7527/S1000-6893.2024.30154

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滑跑三维动力学建模与纠偏控制约束分析

辛宏博¹,陈清阳²,王鹏¹,王玉杰³,侯中喜²

1. 国防科技大学
2. 国防科学技术大学空天科学学院
3. 中国人民解放军国防科技大学

收稿日期:2024-01-15 修回日期:2024-05-10 出版日期:2024-05-14 发布日期:2024-05-14
通讯作者: 陈清阳
基金资助:
无尾飞翼滑跑起降控制关键技术研究;空中XX系统

3D Dynamic Modelling and Constraints Analysis of Taxiing Deviation Correction Control

Received:2024-01-15 Revised:2024-05-10 Online:2024-05-14 Published:2024-05-14

摘要/Abstract

摘要： 作为固定翼无人机轮式起降的关键环节，地面滑跑过程的安全性直接决定了起降阶段的成功率。模型准确性及纠偏控制方式对仿真结果的可信度至关重要，直接影响实际飞行安全。本文围绕前三点式起落架固定翼无人机地面滑跑过程的三维动力学与纠偏控制约束特性开展研究，首先，提出了轮胎摩擦力连续函数近似模型和基于速度的侧力分析方法，满足无人机滑跑全过程模拟与实时仿真测试需求；其次，充分考虑起落架三维效应，建立了相对准确的滑跑过程三维动力学模型；再次，以滑跑纠偏所需向心力为突破点，建立了滑跑纠偏约束分析方法，并以试验无人机为例，分析并建立了前轮和方向舵可控性边界；最后，通过仿真测试验证了所提模型和约束分析方法的准确性及可行性。

关键词: 前三点式起落架, 地面滑跑, 滑跑动力学建模, 滑跑纠偏控制约束边界, 轮式起降

Abstract: As a key point in the wheeled takeoff and landing of fixed wing Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), the safety of the taxiing process directly determines the success of the takeoff and landing processes. The model accuracy and the deviation correction control are crucial for the credibility of the simulation results, which directly affects the actual flight safety. The 3D dynamics and control constraint characteristics of taxiing process for the tricycle gear fixed wing UAV is focused in this paper. Firstly, the continuous function approximation model of tire friction and the speed-based analysis method of lateral force are proposed, to satisfy the demand of all states and real-time simulation. Secondly, a relatively accurate 3D dynamic model of the process of taxiing deviation control was established by fully considering the 3D effects of the landing gear. Thirdly, taking the centripetal force required for taxiing correction as the breakthrough point, the constraint analysis method for taxiing deviation is established. Taking a UAV as an ex-ample, the controllability boundaries of front wheel and rudder are analyzed and established. Finally, the accuracy and feasibility of the proposed modelling and constraints analysis method were verified through simulation.

Key words: tricycle gear, ground taxiing, dynamic modelling of taxiing, constraint boundary of taxiing correction control, wheeled takeoff and landing

中图分类号:

V249.1

辛宏博陈清阳王鹏王玉杰侯中喜. 滑跑三维动力学建模与纠偏控制约束分析[J]. 航空学报, doi: 10.7527/S1000-6893.2024.30154.

参考文献

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