人椅系统离机过程六自由度计算(共9页).doc
精选优质文档-倾情为你奉上 飞行器救生及生命保障技术 人椅系统离机过程六自由度计算 一、已知参数，计算结束状态人-椅系统质量 :m=210kg; 222人-椅系统气动力系数：Cx2=0.52915; Cy2=-1.05665; Cz2=0.00091;人-椅系统气动力矩系数：mx2=0.01246; my2=0.09410; mz2=0.94347;人-椅系统转动惯量:Jx2=34.4 kg· Jy2=44.5 kg· Jz2=21.1 kg·人-椅系统转动惯量积: Jx2y2=0 kg· 人-椅系统正面投影面积: A=0.58 ;大气密度: =1.225kg/m3;稳定伞阻力特：（CA）ws=0.07 ;0.065火箭推力：F=20000 N; 25000人椅系统重心位置：x=0.24 m; y=0.357 m;人椅系统参考长度：L=1.115 m;火箭安装偏心距：ef=-0.02 m; 0.02火箭包安装角：t=19.5° ; 人椅系统迎角：=-80° 人椅系统侧滑角：=0°二、源程序function dy=liuziyou(t,y) %人椅系统离机过程六自由度计算程序dy=zeros(12,1);F= (0<=t && t<=0.3455)*20000 + (t>0.3455 && t<=2.0)*0;%F=20000;bt=19.5/180*pi;m=210.0; ef=-0.02;Aw=1.0;Cw=0.07;xs=Aw*Cw;g=9.8;G=m*g;L=1.115;Lp=0.7*L;x0=0.24;az=asin(x0/Lp);Jx2=34.4;Jy2=44.5;Jz2=21.1;Jx2y2=-8.3;A=0.58;rf=atan(-y(2)/y(1);Cz2=5.6524*rf.19+3.5158*rf.18-46.6435*rf.17-28.6264*rf.16+152.3251*rf.15+91.5226*rf.14-250.0942*rf.13-144.978*rf.12+214.0682*rf.11+116.0831*rf.10-84.6499*rf.9-39.2751*rf.8+4.6120*rf.7-0.6072*rf.6+6.0017*rf.5+2.6197*rf.4-1.3015*rf.3-0.2439*rf.2+0.122*rf+0.0072;Cy2= 0.021*rf.6 - 0.028*rf.5 - 0.114*rf.4 - 0.058*rf.3 + 0.284*rf.2 + 0.927*rf- 0.347;Cx2 = -0.011*rf.6 + 0.054*rf.5 + 0.071*rf.4 - 0.078*rf.3 - 0.559*rf.2 - 0.271*rf. + 1.157;mz2=0.010*rf.6 + 0.041*rf.5 - 0.113*rf.4 - 0.012*rf.3 + 0.150*rf.2 - 0.669*rf. + 0.253;mx2=15.3478*rf.19+1.5623*rf.18-132.1793*rf.17-12.9746*rf.16+460.1213*rf.15+42.8189*rf.14-835.8566*rf.13-71.6826*rf.12+853.5107*rf.11+64.0635*rf.10-490.6995*rf.9-28.9383*rf.8+149.4458*rf.7+5.1056*rf.6-20.2477*rf.5+0.106*rf.4+0.6304*rf.3-0.0471*rf.2-0.0016*rf-0.0056;my2=0.0044*rf.6 - 0.0059*rf.5 - 0.026*rf.4 + 0.034*rf.3 + 0.045*rf.2 - 0.086*rf+ 0.015; vx=y(1)*cos(y(7)*cos(y(8)+y(2)*(sin(y(8)*sin(y(9)-cos(y(8)*sin(y(7)*cos(y(9)+y(3)*(cos(y(9)*sin(y(8)+cos(y(8)*sin(y(7)*sin(y(9); vy=y(1)*sin(y(7)+y(2)*cos(y(7)*cos(y(9)-y(3)*sin(y(9)*cos(y(7);vz=-y(1)*cos(y(7)*sin(y(8)+y(2)*(cos(y(8)*sin(y(9)+sin(y(8)*sin(y(7)*cos(y(9)+y(3)*(cos(y(9)*cos(y(8)-sin(y(8)*sin(y(7)*sin(y(9);v=sqrt(vx2+vy2+vz2); vp=sqrt(y(1)-Lp*y(6)*cos(az)2+(y(2)-Lp*y(6)*sin(az)2+(y(3)+Lp*y(4)*cos(az)+Lp*y(5)*sin(az)2); %稳定减速伞接头处的合速度%人-椅系统气动力在体轴O2x2、O2y2、O2z2上的分量：Q2=-Cx2*A*0.5*(1.225 *(1-y(11)/44300.0).256)*v2;P2=Cy2*A*0.5*(1.225 *(1-y(11)/44300.0).256)*v2;R2=Cz2*A*0.5*(1.225 *(1-y(11)/44300.0).256)*v2;%人-椅系统绕体轴O2x2、O2y2、O2z2的气动力矩：Mx2=mx2*A*L*0.5*(1.225 *(1-y(11)/44300.0).256)*v2;My2=my2*A*L*0.5*(1.225 *(1-y(11)/44300.0).256)*v2;Mz2=mz2*A*L*0.5*(1.225 *(1-y(11)/44300.0).256)*v2;%自由飞阶段的运动方程组 ：dy(1) =(Q2-0.5*(1.225 *(1-y(11)/44300.0).256)*xs*vp*(y(1)-Lp*y(6)*cos(az)-G*sin(y(7)-F*sin(bt)/m+y(2)*y(6)-y(3)*y(5);dy(2)=(P2-0.5*(1.225*(1-y(11)/44300.0).256)*xs*vp*(y(2)-Lp*y(6)*sin(az)-G*cos(y(7)*cos(y(9)+F*cos(bt)/m+y(3)*y(4)-y(1)*y(6);dy(3)=(R2-0.5*(1.225*(1-y(11)/44300.0).256)*xs*vp*(y(3)+Lp*y(4)*cos(az)+Lp*y(5)*sin(az)+G*cos(y(7)*sin(y(9)/m+y(1)*y(5)-y(2)*y(4);dy(4)=(Mx2-0.5*(1.225*(1-y(11)/44300.0).256)*xs*vp*(y(3)+Lp*y(4)*cos(az)+Lp*y(5)*sin(az)*Lp*cos(az)*Jy2+(My2-0.5*(1.225*(1-y(11)/44300.0).256)*xs*vp*(y(3)+Lp*y(4)*cos(az)+Lp*y(5)*sin(az)*Lp*sin(az)*Jx2y2)-.Jx2y2*(Jx2-Jz2)*y(5)*y(6)-Jy2*(Jz2-Jy2)*y(5)*y(6)-Jx2y2*(Jy2-Jx2y2)*y(4)*y(6)/(Jx2*Jy2-(Jx2y2)2);dy(5)=(Mx2-0.5*(1.225*(1-y(11)/44300.0).256)*xs*vp*(y(3)+Lp*y(4)*cos(az)+Lp*y(5)*sin(az)*Lp*cos(az)*Jx2y2+(My2-0.5*(1.225*(1-y(11)/44300.0).256)*xs*vp*(y(3)+Lp*y(4)*cos(az)+Lp*y(5)*sin(az)*Lp*sin(az)*Jx2)-Jx2y2*(Jx2y2-Jx2)*y(4)*y(6)-Jx2y2*(Jz2-Jy2)*y(5)*y(6)-Jx2*(Jx2-Jz2)*y(5)*y(6)/(Jx2*Jy2-(Jx2y2)2);dy(6)=(Mz2+0.5*(1.225*(1-y(11)/44300.0).256)*xs*vp*(y(1)-Lp*y(6)*cos(az)*Lp*cos(az)+(y(2)-Lp*y(6)*sin(az)*Lp*sin(az)+F*ef)-Jx2y2*(y(5)2-(y(4)2)-(Jy2-Jx2)*y(5)*y(4)/Jz2;dy(7) =y(5)*sin(y(9)+y(6)*cos(y(9);dy(8) =(1/cos(y(7)*(y(5)*cos(y(9)-y(6)*sin(y(9);dy(9) =y(4)-tan(y(7)*(y(5)*cos(y(9)-y(6)*sin(y(9);dy(10)=vx;dy(11)=vy;dy(12)=vz; %输入数据： t,y=ode45('liuziyou',0,3, 250;15;0; 0;0;0; pi/10;0;0;0;1000;0; rf.=atan(-y(:,2)./y(:,1);vx=y(:,1).*cos(y(:,7).*cos(y(:,8)+y(:,2).*(sin(y(:,8).*sin(y(:,9)-cos(y(:,8).*sin(y(:,7).*cos(y(:,9)+y(:,3).*(cos(y(:,9).*sin(y(:,8)+cos(y(:,8).*sin(y(:,7).*sin(y(:,9);vy=y(:,1).*sin(y(:,7)+y(:,2).*cos(y(:,7).*cos(y(:,9)-y(:,3).*sin(y(:,9).*cos(y(:,7);vz=-y(:,1).*cos(y(:,7).*sin(y(:,8)+y(:,2).*(cos(y(:,8).*sin(y(:,9)+sin(y(:,8).*sin(y(:,7).*cos(y(:,9)+y(:,3).*(cos(y(:,9).*cos(y(:,8)-sin(y(:,8).*sin(y(:,7).*sin(y(:,9);v=sqrt(vx.2+vy.2+vz.2);Cz2=5.6524*rf.19+3.5158*rf.18-46.6435*rf.17-28.6264*rf.16+152.3251*rf.15+91.5226*rf.14-250.0942*rf.13-144.978*rf.12+214.0682*rf.11+116.0831*rf.10-84.6499*rf.9-39.2751*rf.8+4.6120*rf.7-0.6072*rf.6+6.0017*rf.5+2.6197*rf.4-1.3015*rf.3-0.2439*rf.2+0.122*rf+0.0072;Cy2= 0.021*rf.6 - 0.028*rf.5 - 0.114*rf.4 - 0.058*rf.3 + 0.284*rf.2 + 0.927*rf- 0.347;Cx2 = -0.011*rf.6 + 0.054*rf.5 + 0.071*rf.4 - 0.078*rf.3 - 0.559*rf.2 - 0.271*rf+ 1.157;mz2=0.010*rf.6 + 0.041*rf.5 - 0.113*rf.4 - 0.012*rf.3 + 0.150*rf.2 - 0.669*rf + 0.253;mx2=15.3478*rf.19+1.5623*rf.18-132.1793*rf.17-12.9746*rf.16+460.1213*rf.15+42.8189*rf.14-835.8566*rf.13-71.6826*rf.12+853.5107*rf.11+64.0635*rf.10-490.6995*rf.9-28.9383*rf.8+149.4458*rf.7+5.1056*rf.6-20.2477*rf.5+0.106*rf.4+0.6304*rf.3-0.0471*rf.2-0.0016*rf-0.0056;my2=0.0044*rf.6 - 0.0059*rf.5 - 0.026*rf.4 + 0.034*rf.3 + 0.045*rf.2 - 0.086*rf+ 0.015;%绘制图形figure; plot(t,v); title('速度随时间变化曲线'); xlabel('t/s'); ylabel('v/(m/s)');figure; plot(t,y(:,7); title('姿态角随时间变化曲线'); xlabel('t/s'); ylabel('y');figure; plot(t,y(:,8); title('偏航角随时间变化曲线'); xlabel('t/s'); ylabel('y');figure; plot(t,y(:,9); title('滚转角随时间变化曲线'); xlabel('t/s'); ylabel('y');figure; plot(t,y(:,10); title('x方向轨迹');xlabel('t/s'); ylabel('x/m');figure; plot(t,y(:,11); title('y方向轨迹'); xlabel('t/s'); ylabel('y/m');figure; plot(t,y(:,12); title('z方向轨迹');xlabel('t/s'); ylabel('z/m');figure; plot(y(:,10),y(:,11); title('平面内的轨迹');xlabel('x/m'); ylabel('y/m');figure; plot(t,vx); title('地面坐标下的x轴方向速度');xlabel('t/m'); ylabel('vx/(m/s)');figure; plot(t,vy); title('地面坐标下的y轴方向速度');xlabel('t/m'); ylabel('vy/(m/s)');figure; plot(t,vz); title('地面坐标下的z轴方向速度');xlabel('t/m'); ylabel('vz/(m/s)');三、输出图形四、数据五、结果分析 1.人-椅系统气动力在体轴坐标系上的分量为Q2=0.5×(Cx2)×A××v2，P2=0.5×(Cy2)×A××v2，R2=0.5×(Cz2)×A××v2，因为人-椅系统的正面投影面积A和大气密度一定，所以由公式可看出，气动力大小只与气动系数和速度v有关。若气动系数Cx2,Cy2,Cz2各为定值，气动力则为Q2=C1×v2，P2=C2×v2， R2=C3×v2，即Q2,P2,R2的图形形状相似，随着速度v的变化而发生变化，值的大小各异。2.与人-椅系统的气动力相似，人-椅系统绕体轴O2x2、O2y2、O2z2的气动力矩Mx2=0.5×(mx2)×A×L××v2，P2=0.5×(my2)×A×L××v2，R2=0.5×(mz2)×A×L××v2，由于人-椅系统的正面投影面积A和参考长度L及大气密度一定，所以气动力矩的大小只与气动系数和速度v有关。当气动力矩系数mx2,my2,mz2各为定值时，气动力距则为Mx2=C1×v2，My2=C2×v2， Mz2=C3×v2，即Mx2,My2,Mz2图形形状相似，只是值的大小各异。3.人-椅系统的气动系数Cx2,Cy2,Cz2和气动力矩系数mx2,my2,mz2取决于迎角和侧滑角，因此气动系数和气动力矩系数与迎角和侧滑角成对应关系。当气动系数、气动力矩系数、迎角和侧滑角都一定时。据公式=arctan(-vy2/vx2),=arcsin(vz2/v)，则可作为自由飞阶段的运动方程组的补充方程，以作为对vy2、vx2、vz2和v的限制。六、实验心得体会 在实验过程中，遇到了编程上的困难，通过自己的查询资料，向同学寻求帮助，最终得以完成。 通过实验，了解了自己的不足以及一些方法的欠缺，但是在实验过程中，通过寻求帮助和自身的努力，最终一一克服了所遇到的困难。 而且还通过和同学的交流和协作，增进了合作精神，了解了合作的重要性以及必要性。专心-专注-专业
