吸气式高超声速飞行器控制研究综述.docx

吸气式高超声速飞行器控制研究综述摘要：吸气式高超声速飞行器控制系统的任务是在飞行包线内通过发动机提供的推力改变飞行速度并利用气动舵面偏转调整飞行姿态控制飞行器精确跟踪制导指令。通过探讨高超声速飞行器的动力学特性从系统建模和控制策略研究两个方面对高超声速飞行器的控制系统设计研究现状进行了分析和阐述所得结论可为相关研究提供借鉴与参考。关键词：高超声速飞行器；动力学建模；飞行控制中图分类号：V249.1文献标识码：A文章编号：1673-5048（2015）03-0003-05ResearchProgressonControlSystemofAirBreathingHypersonicFlightVehiclesWangPengfei1WangJie1ShiJianming1ChenXingyang2YangYurong2（1.TheAirDefenseandAntimissileInstituteAirForceEngineeringUniversityXi′an710051China；2.ChinaAirborneMissileAcademyLuoyang471009China）Abstract：Thecontrolsystemfunctionofairbreathinghypersonicflightvehiclesisthatmakingtheflightvehiclestrackthecommandguidanceaccuratelybychangingthevelocitythroughenginethrustandregulatingflightattitudewithdeflectionofruddersurfaceinfullflightenvelop.Thispaperdiscussesthedynamiccharacteristicsofflightvehiclesandanalyzesthecontrolsystemdevelopmentofairbreathinghypersonicflightvehicleswithmodelingandcontrollawwhichcanprovideareferencefortheinterrelatedstudy.Keywords：airbreathinghypersonicflightvehicles；dynamicsmodeling；flightcontrol0引言高超声速飞行器是指能够以大于5个马赫数持续飞行的飞行器分为无动力式滑翔飞行器和吸气式动力飞行器。吸气式动力飞行器是从周围环境中获取氧气依靠自身发动机提供飞行动力、控制舵调整飞行姿态可实现高超声速巡航与突防、空天往返的飞行器。具有远程快速响应、大机动性、高突防概率和自由进入空间的潜在优势主收稿日期：2014-12-10基金项目：航空科学基金资助项目（20120196006）作者简介：王鹏飞（1988-）男河南开封人博士研究生主要从事飞行器控制技术研究。要以美国的高超声速飞行器试验（Hyper-X）计划为代表如NASA的X-43A、美国空军的X-51A试验飞行器。吸气式高超声速飞行器作为临近空间高超声速飞行器发展的重要研究内容对国家安全和和平利用空间有重要的战略意义和应用价值。1吸气式高超声速飞行器动力学特性1.1飞行环境复杂、飞行包线跨度大吸气式高超声速飞行器飞行高度覆盖了从大气层到临近空间近80km的广阔空域而飞行速度跨越了5个马赫数到25个马赫数的范围在如此广阔而又复杂的环境中作高超声速的机动飞行吸气式高超声速飞行器动力学的非线性快时变特征异常明显。当该类飞行器飞行马赫数大于5以后其表面的流场会出现一些明显区别于亚声速和超声速飞行的物理现象如薄的激波层、真实气体效应和气动热效应这些现象称为高超声速效应。高超声速效应使得吸气式高超声速飞行器的气动特性和气热特性复杂多变会影响飞行器飞行性能、操纵性和稳定性。1.2外形结构、推进系统和空气动力学之间交叉耦合以X-43A和X-51A为代表的新一代高超声速飞行器为减小飞行过程中的飞行阻力、降低气动加热