F-16非线性模型详解：动态模拟与控制

"f16manual.pdf 非线性 F-16 模型描述" 本文档详细介绍了非线性 F-16 战斗机的动力学模型，旨在为仿真系统构建提供支持。作者 L.Sonneveldt 来自荷兰代尔夫特理工大学航空航天工程学院的控制与仿真部门。该文档版本为 1.0，发布于2010年3月，具有版权保护。 F-16 非线性模型涉及的关键概念包括： 1. **状态变量**： - **VT**: 总速度，单位为米/秒，代表飞机相对于空气的速度。 - **α**: 迎角，单位为弧度，表示飞机机翼与相对气流之间的夹角。 - **β**: 偏航角，单位为弧度，定义了飞机侧滑的方向。 - **φ, θ, ψ**: 欧拉角，分别表示滚转、俯仰和偏航角度，单位为弧度。 - **q0, q1, q2, q3**: 四元数分量，用于表示飞机姿态。 - **p, q, r**: 机体坐标系下的滚转、俯仰和偏航速率，单位为弧度/秒。 - **xE, yE, zE**: 飞机相对于参考点的位置，单位为米。 - **pow**: 发动机功率设置，以百分比表示。 2. **控制变量**： - **δth**: 油门设置，范围为 0 到 1。 - **δe**: 升降舵偏转角，单位为弧度。 - **δa**: 副翼偏转角，单位为弧度。 - **δr**: 方向舵偏转角，单位为弧度。 - **δLEF**: 前缘襟翼偏转角，单位为弧度。 3. **额外参数**： - **b**: 参考翼展，单位为米。 - **c**: 平均几何弦长，单位为米。 - **C∗**: 各种气动系数，如升力系数（CL），阻力系数（CD）等。 - **FT**: 推力力矩，单位为牛顿。 - **g1, g2, g3**: 重力分量，单位为米/秒²，对应三个轴向的重力加速度。 - **Heng**: 发动机角动量，单位为 kg·m²/s。 - **Ix, Iy, Iz**: 三个主惯量矩，单位为 kg·m²。 - **Ixz**: 交叉惯量矩，单位为 kg·m²。 4. **物理量**： - **¯L, ¯M, ¯N**: 分别表示滚转、俯仰和偏航力矩，这些是维持或改变飞机姿态的关键力矩。 这个非线性模型涵盖了 F-16 的所有关键动态行为，包括飞行力学、气动特性以及发动机的性能。它能够帮助设计者理解和模拟飞机在不同飞行条件下的行为，例如起飞、爬升、巡航、转弯、着陆等。通过这个模型，可以对飞机的操控性、稳定性以及飞行性能进行深入研究和优化，为航空器的控制系统设计提供理论基础。