基于中保真气动控制弹模型的变形空中车辆轨迹优化

变形空中车辆相较于固定翼配置在机动性能和燃油效率方面具有显著优势。然而，在动态、非稳定机动中，性能提升与控制成本之间的权衡仍未得到充分探索。本文通过将轨迹优化框架与中保真气动控制弹模型集成，实现了非线性多体结构动力学与不稳定涡旋格子法的耦合。基于物理的控制成本模型捕捉克服瞬时气动铰接力所需的能量。应用于具有柔性高纵横比机翼和变形机翼尖的飞行器，框架评估了整流、机动性能和横向障碍物规避。结果表明，变形机翼通过解耦升力与俯仰需求，显著扩展了飞行信封。在动态机动中，变形展现出明确的权衡：翻滚机动使高度提升28.95%，但控制成本增加；翻滚转弯在提升横向位移8.62%的同时，降低了控制成本13.40%。值得注意的是，在障碍规避中，变形显著降低了总控制成本65.65%。这种效率源于通过轨迹优化利用气动-机械耦合，识别出卸载气动负荷的协调控制策略。这些发现凸显了机翼变形在实现卓越机动性能的同时实现能源效率的潜力。