吸气式高超声速飞行器控制技术研究综述

针对吸气式高超声速飞行器的控制系统设计问题,对其研究现状进行了梳理。从分析吸气式高超声速飞行器的独特动力学特征入手,总结吸气式高超声速飞行器控制系统设计的特点和难点。基于主流的建模方法和飞行控制理论,从动力学建模和控制器构造两个方面对吸气式高超声速飞行器控制系统的研究现状进行了分析。对当前吸气式高超声速飞行器控制系统研究存在的主要问题进行了总结,为后续的控制系统设计明确了改进方向。     

基于信杂比的高超声速飞行器红外探测谱段分析

以典型吸气巡航式和助推滑翔式两类高超声速飞行器为研究对象,采用纳维-斯托克斯(Navier-Stokes,N-S)方程和流固耦合模型计算流场分布,采用逆向蒙特卡罗方法计算高超声速飞行器本体光谱辐射特性;进一步考虑探测场景中的海面背景和临边大气背景辐射特性以及大气传输特性,基于探测信杂比分析高超声速飞行器的最优红外探测谱段。分析结果表明:在采用对地模式探测吸气巡航式高超声速飞行器时,建议选择(2.5~3.1)μm、(4.2~4.4)μm、(5.2~7.8)μm 谱段;在采用临边模式探测吸气巡航式高超声速飞行器时,建议选择(3~5)μm 谱段;在采用对地模式探测助推滑翔式高超声速飞行器时,建议选择(2.5~3.2)μm、(4.2~4.6)μm、(5.4~7.5)μm 谱段;在采用临边模式探测助推滑翔式高超声速飞行器时,建议选择(2.7~5.0)μm 谱段。     

高超声速巡航飞行器防御方案探讨

近年来,高超声速技术获得快速发展,高超声速巡航飞行器即将浮出水面。针对采用吸气式冲压发动机、大飞行高度的高超声速巡航飞行器,提出三个防御方案并进行了初步分析,探讨了空基拦截器方案的关键技术,为发展临近空间高超声速飞行器防御体系或高超声速攻防对抗技术提供参考和借鉴。     

吸气式高超声速飞行器能量管理与利用技术现状综述

当代吸气式高超声速研究成为热潮,促进了该领域的巨大进步,从而使得吸气式高超声速推进系统有着非常广泛的应用前景。吸气式高超声速飞行器工作环境的特殊性导致其能量管理、利用与常规航空器存在巨大差异,不能采用常见的能量管理方式。总结了吸气式高超声速飞行器能量管理理论的现状,说明介绍了吸气式高超声速飞行器机载能量管理技术的发展现状,在此基础上,总结了吸气式高超声速飞行器能量管理与利用技术未来可能的发展方向。     

吸气式高超声速飞行器制导与控制方法综述

吸气式高超声速飞行器飞行于临近空间环境,飞行速度和高度跨度范围大,气动特性和飞行参数变化剧烈,其动力学模型存在高非线性、强耦合性和不确定性等特点,同时轨迹设计受热流率、动压以及过载等多项约束,给制导和控制系统设计带来挑战,成为当前研究的热点.分析了各种吸气式高超声速飞行器制导和控制方法的特点不足.     

国外吸气式高超声速飞行器发展现状

以美国HyTech、HyFly、X-51A、猎鹰(FALC0N)计划为重点,介绍了世界上几个主要的吸气式高超声速技术计划和飞行器研究情况,并对当前国外吸气式高超声速飞行器的发展现状进行了简要分析.     

吸气式高超声速飞行器控制研究综述

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。     

高超声速技术验证飞行器HTV-2综述

HTV-2是美国空军重点发展的高超声速技术验证飞行器,尽管其两次飞行试验均以失败告终,但对美国发展高超声速技术及未来的高超声速巡航飞行器具有重要意义.文中从发展背景、气动特性和主要研究工作等方面对高超声速技术验证飞行器HTV-2作了较为详细的介绍,并对高超声速技术的发展方向和研究方法进行了分析.     

一种吸气式高超声速飞行器故障重构控制策略研究

给出了一种吸气式高超声速飞行器故障重构控制策略,采用复合飞推一体化制导和控制方法,进一步挖掘了发动机低油耗工作和发动机稳定工作能力。在此基础上实现了发动机供油支板故障重构策略,提高了武器生存概率,保证了工程实际应用的能力。以某型吸气式高超声速飞行器为例,在精确的仿真模型基础上,进行了多组仿真分析,结果表明,该方法有效、可靠。     

高超声速飞行器动力巡航影响因素分析

建立了高超声速飞行器建立动力学模型,进行轨迹计算与分析.研究不同动力系统对飞行器性能的影响,对采用冲压发动机和火箭发动机的高超声速巡航不同特点进行分析,结论可为高超声速飞行器的总体设计提供参考.     

RBCC高超声速飞行器粘性效应分析研究

针对高超声速飞行器飞行过程中粘性对气动特性的干扰效应,探讨了高超声速粘性效应的相关理论,应用CFD数值模拟方法对RBCC高超声速飞行器巡航阶段的粘性效应进行了研究,在此基础上考察了粘性对高超声速飞行器轴向力系数和升阻比的影响.计算获得了飞行器巡航阶段下的气动特性曲线.将其应用于高超声速飞行器概念设计中,数值模拟结果作为高超声速飞行器结构和气动分析的初步准备工作是必须及合理的.     

基于试验设计和响应面近似的高超声速巡航飞行器多学科设计优化

建立了基于试验设计理论和响应面近似的超燃冲压发动机推进的高超声速巡航飞行器多学科设计优化方法。首先建立外形尺寸、质量估算、气动力性能、气动热性能和推进性能学科的分析模型。模型考虑了学科间的耦合效应，结合弹道方程，形成了飞行器的总体性能模型。然后分别采用D—Optimal设计、Taguchi设计和均匀设计选择设计点，通过多机并行计算完成高超声速巡航飞行器性能分析。根据分析结果，构造响应面近似模型。通过响应面近似模型的优化，完成了高超声速巡航飞行器的多学科设计优化。计算表明，基于试验设计的多学科设计优化方法可以用于高超声速巡航飞行器的优化设计。     

边界层转捩在高超声速飞行器外形设计中的应用

介绍了吸气式高超声速飞行器边界层转捩的特点及在设计环境方面的影响. 讨论了美国高超声速计划飞行器的外形选择从轴对称演化到尖劈状外形的过程. 分析了钝头体前缘钝化程度、壁面温度、逆压梯度对转捩的影响. 研究了来流马赫数、雷诺数、攻角对飞行器驻点气动热的影响. 使用基于线性稳定模型的emalik程序计算了转捩现象.     

高超声速飞行器输入受限反步控制

高超声速飞行器因其重要的战略地位已经成为各国争夺空天权所关注的焦点。控制系统设计是保证高超声速飞行器实用化的关键技术。针对吸气式高超声速飞行器，设计一种反步控制器。为增强反步控制器的鲁棒性，引入径向基神经网络对高超声速飞行器纵向非仿射动力学模型中的不确定函数进行在线逼近。为了解决输入受限带来的控制问题，构造一种新型辅助系统对跟踪误差和控制律进行补偿，实现在控制输入瞬时饱和情况下的稳定跟踪。最后，基于MATLAB仿真验证了控制策略的有效性。     

吸气式高超声速飞行器推进系统建模及不确定性研究

针对吸气式高超声速飞行器推进系统存在的不确定性问题,采用随机多项式展开(PCE)和蒙特卡罗模拟(MCS)两种方法开展了推进系统不确定性定量研究,得到了推力的概率密度函数以及置信区间,从而对推力的不确定性进行评估。首先对一典型吸气式高超声速飞行器的推进系统进行了建模,将模型分为外压缩段及内流道段,考虑溢流效应的影响,得到了气流参数分布及推力结果。随后考虑马赫数、迎角及燃油当量比的不确定性,采用PCE方法进行不确定性分析,将得到的推力估计值、置信区间及计算效率与MCS结果进行对比。结果表明:所建立的推进系统模型可快速评估吸气式高超声速飞行器的推力特性,PCE和MCS两种方法的推力统计分布结果相吻合,但PCE方法计算效率更高,可以在初步设计阶段快速评估推进系统的不确定性。     

高超声速飞行器巡航段拦截作战需求分析

运用高超声速动力学和系统分析等理论和方法,分析了高超声速飞行器的主要性能特点、航路特点和拦截特点,指出其巡航段飞行时间长、航迹最平稳,巡航段拦截是最有效、最理想的拦截方式。提出巡航段拦截方法,并依此分析了传统防御系统存在的不足。最后,概括总结出高超声速飞行器巡航段拦截预警探测、指挥控制、拦截打击方面的能力需求。     

超燃冲压发动机控制技术研究进展

高超声速技术是世界航空领域的研究热点,而超燃冲压发动机是实现吸气式高超声速远程巡航飞行的首选推进系统。超燃冲压发动机的运行可靠性和经济性强烈依赖于控制系统,控制系统设计在发动机研制过程中占有重要地位。介绍了超燃冲压发动机控制技术发展情况,总结了超燃冲压发动机控制的关键技术。     

美国准备开展第3次HIFiRE高超声速飞行试验

据报道,美国计划今年晚些时候开展第3次"高超声速国际飞行研究试验"(HIFiRE)。HIFiRE主要研究和论证吸气式高超声速飞行器的关键技术,并建立高超声速气动、热等关键指标的数据库,为高超声速飞行器的研制提供支持。     

二维高超声速吸气式飞行器一体化流场数值模拟

高超声速吸气式飞行器多采用机体／发动机一体化设计,使用CFD方法,对二维高超声速吸气式飞行器机体／发动机一体化流场进行了数值模拟,在来流马赫数6条件下．分别研究了发动机关闭,发动机通流与发动机点火三种状态下飞行器受到的气动力系数的变化,以评估该飞行器的纵向气动性能,并同时对三种工作状态下飞行器机体／发动机一体化流场的流动特征进行了分析。     

吸气式高超声速飞行器在军事领域的应用

介绍了高超声速技术, 概括地描述了国外相关发展情况, 通过分析, 阐述吸气式高超声速飞行器的特点和优势, 并对其在军事领域的应用前景进行了展望与分析.