非对称固定翼飞机六自由度飞行动力学的耦合微分代数方程框架

本研究提出了一种用于建模六自由度固定翼飞机飞行动力学的完整数学框架，该飞机作为刚体，包含三个控制面：舵面、升降舵和膺板。该框架包含35个微分代数方程（DAEs），需指定30个参数。它支持直接和逆向飞行动力学分析。直接动力学中，指定控制输入的历史轮廓（偏转角和发动机推力），预测 resulting flight trajectory。在逆向动力学中，指定desired flight trajectory及额外约束，以确定所需的控制输入。该框架采用风轴用于线性动量方程，采用体轴用于角动量方程，包含两个飞行路径角，并提供气动力和力矩系数的公式。关键优势包括改进的计算效率、消除欧拉角奇点以及独立于飞机惯性矩关于对称性的假设。该模型还考虑了随高度变化的非线性气密度，最高可达海平面以上20公里，适用于准确且高效的飞行动力学仿真。