临近空间飞艇全数字仿真设计与实现

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1、December2013Vol.44No.4(serialNo.154)航空电子技术AVIONICSTECHNOLOGY临近空间飞艇全数字仿真设计与实现李静（中国特种飞行器研究所，荆门448000）[摘要]全数字仿真在临近空间飞艇研制过程中起着重要作用。本文以临近空间飞艇为研究目标，首先分析飞艇的受力情况，将体积中心作为艇体坐标系原点建立飞艇动力学方程和运动学方程。综合起飞、降落和巡航中的风场特点，建立可变的风场模型。利用Matlab/simulink软件搭建仿真模型，实现飞艇全数字仿真。最后对仿真结果进行了简要分析

2、。[关键词]飞艇；全数字仿真；六自由度[中图分类号]TN391.9[文献标识码]A[DOI编码]10.3969/j.issn.1006-141X.2013.04.07[文章编号]1006-141X（2013）04-0036-04DesignandImplementationofFullDigitalSimulationofNearSpaceAirshipLIJing（ChinaSpecialVehicleResearchInstitute，Jingmen448000，China）Abstract:Fulldigita

3、lsimulationplaysanimportantroleinthedevelopmentprocessofnearspaceairship.Basedonnearspaceairshipasaresearchobject,thefirstanalysisofstressconditionsofairship,theairshipvolumefunctionsasadynamicandkinematicequationsoftheoriginofthehullcoordinatesystem.Basedonthe

4、take-off,landingandcruiseofthewindfieldcharacteristics,theestablishmentofwindfieldmodelispossible.SimulationmodelisbuiltbyusingMatlab/simulinksoftware,realizetheairshipdigitalsimulation.Finally,thesimulationresultsareanalyzed.Keywords:airshipdigitalsimulationof

5、sixdegreesoffreedom物理仿真。数字仿真是指建立系统的数学模型，并1概述将数学模型转化为相应平台的仿真计算模型，通过[5]临近空间飞艇是一个全新的系统，它是实现占模型的运行来实现系统运行。数字仿真位于系统领临近空间、开发临近空间高度资源的重要工具，仿真研制的最初阶段，实现顶层参数仿真论证、参它在区域高速通信、区域导航定位、区域对地观测数初步定型等功能。和监视、防御等领域有着独特的优势，具有重要的MATLAB是目前世界各国科学研究和工程设应用前景。飞艇系统庞大且复杂，因此在艇体本身、计领域普遍采用的设计

6、软件之一，该系列软件和实航电系统、控制方法的研制中进行仿真分析是十分时开发环境在航天航空领域仿真设计中应用广泛，必要的。仿真研究分为数字仿真、半物理仿真和全其仿真工具可以实现系统建模、仿真、结果分析和36临近空间飞艇全数字仿真设计与实现李静2013年12月第44卷第4期(总第154期)控制律设计。利用仿真技术不仅可以实现设计阶段由于重心不在原点重力产生对力矩为的演示验证和系统优化，还可以进行试飞阶段的飞MRFGGG行训练。本文使用matlab软件提供的simulink工具浮力对原点产生的力矩为M000B

7、完成高空飞艇全数字仿真，实现飞艇系统的建模、其中DCM为惯性坐标系向机体坐标系的转仿真和分析。换矩阵，R是重心相对艇体坐标系原点的矢径。G飞艇的气动力和气动力矩是外力和外力矩的2设计重要组成部分，气动力的轴向力Rx，法向力Ry，为了便于研究本系统不考虑艇体形变产生的测向力Rz分别表示为：23/2影响，在分析受力情况的基础上，应用动量定理、RxVCx2/坐标变换等方法推导出飞艇动力学方程和运动方FRyLV23/2C2/Qy程。23/2RzVCz2

8、/仿真模型采用模块化设计，根据系统中各部分L是直角坐标系向艇体坐标系转换矩阵，气功能和交联关系，划分成相应的模块，模块间通过动力矩的滚动力矩L、俯仰力矩M、偏航力矩N分输入、输出接口实现交联。模块化设计便于系统功别表示为：能划分和模型修改，降低系统的复杂程度，便于后2LVC期扩展以及半物理仿真中模块替代。主要的功能模l2MV