高超声速飞行器

介绍了高超声速飞行器的特点和关键技术。总结了目前研制的各种类型高超声速飞行器,如高超声速巡航导弹、高超声速侦察机等,并对其在未来军事领域的应用前景做出预测,为高超声速飞行器的研发提供参考。     

高超声速飞行器伺服弹性与静不稳定控制方法

针对高超声速飞行器纵向静不稳定和低频结构模态下的气动伺服弹性控制问题,设计了一种双回路结构的鲁棒控制器。内环基于线性变参数(LPV)理论设计变增益控制器,将弹性模型表示成具有仿射参数依赖结构的LPV模型,采用线性矩阵不等式(LMI)求解变增益控制器以保证在任何载荷条件飞行器都具有足够的结构阻尼;外环设计鲁棒控制器实现飞行器对攻角指令的准确跟踪。仿真结果表明,该方法能够主动对结构模态进行阻尼从而达到抑制伺服弹性的效果,同时实现了飞行器纵向短周期模态稳定和对控制指令的高精度跟踪。     

高超声速飞行器快速气动设计方法研究

针对概念设计阶段需对众多外形设计方案进行比较、分析和筛选以及大量使用CFD面临的挑战,提出了可用于高超声速飞行器概念设计的快速气动设计方法。该方法运用Open VSP实现对飞行器几何外形高精度参数化建模,气动力计算使用自主开发的一种基于当地表面斜度法和参考焓法的高超声速飞行器气动特性快速工程计算工具。最后以类X-37B飞行器为例进行气动敏感度分析,表明该方法具有较高的效率和精度。     

高超声速飞行器气动热利用方法研究

在调研国内外现有热电转换技术的基础上,探索了高超声速飞行器气动热的热利用难题。在现有直接类热电转换技术和热力循环类热电转换技术研究的基础上,提出了基于温差发电和有机朗肯循环热电技术相结合的组合型热利用方案。通过对组合型热电转换方案的热力分析表明,系统热电转换效率可达19.8%。     

弹性高超声速飞行器预设性能精细姿态控制

将反演控制技术、预设性能控制和神经网络相结合,研究设计巡航飞行的高超声速飞行器精细姿态控制器。研究中考虑了高超声速飞行器弹性形变对飞行攻角的影响,引入诱发攻角的概念来刻画气动弹性对飞行器的影响;在考虑弹性的情况下,利用预设性能的设计来满足精细姿态控制的指标要求,同时可以兼顾系统的瞬态性能;利用全局调节动态神经网络在线逼近诱发攻角方程中的未知项,利用Lyapunov稳定性理论得到神经网络权值、中心点和影响范围的自适应调节律,引入鲁棒项来处理神经网络逼近误差的影响,最终设计出考虑气动弹性情况下的高超声速飞行器预设性能精细姿态控制器。通过Lyapunov稳定性理论证明了系统的稳定性以及闭环系统所有信号均有界,仿真分析验证了所设计的控制器能够使系统跟踪误差满足预设性能的要求,以此实现姿态精细控制。     

高超声速飞行器声载荷风洞试验方法

鉴于高超声速飞行器特有的外形布局和飞行状态限制,高超声速飞行器声载荷试验存在模型头部气动加热较强、弹舱内走线空间有限、弹翼声载荷测量难度较大等困境。针对这些难点问题逐一进行了分析研究,并提出相应解决方案,满足了试验的要求。通过风洞脉动压力试验,获得飞行器表面脉动压力系数分布、频谱特性、相干函数等重要衡量非定常载荷特性的参数,为高超声速飞行器结构设计提供数据支持。     

高超声速再入飞行器气动加热计算方法研究

气动加热计算是高超声速再入飞行器的关键技术之一.文中用CFD方法获取边界层外的无粘数值解,代人边界层内工程方法的计算公式,获得热流密度.驻点区热流密度计算采用Fay-Riddle公式,非驻点区采用Eckert参考焓方法.通过与风洞实验和纯粹数值方法的结果相比,验证了采用边界层外无粘数值解和边界层内工程算法相结合来计算飞行器表面热流密度的可行性.     

高超声速飞行器发展综述

介绍了高超声速飞行器的相关概念,归纳了高超声速飞行器的飞行特性、关键技术以及应对高超声速飞行器的主要防御手段,最后分析总结了高超声速飞行器研究中存在的问题及其未来可能的发展方向和趋势。     

高超声速飞行器控制研究进展

高超声速飞行器(Hypersonic Flight Vehicle,HFV)作为一种新型快速突防和远程打击与运输的工具,在国防装备发展与民用空天技术应用中发挥着极其重要的战略作用。文章回顾了HFV的发展历程,介绍了HFV的动力学特性及其对控制科学的挑战,重点阐述了几种常用的HFV飞行控制进展情况,并指出当前研究的不足之处,为今后HFV飞行控制指明了研究方向。     

国外高超声速飞行器气动弹性和气动热弹性概述

概述了国外在高超声速飞行器气动弹性和气动热弹性领域进行的研究活动,重点关注对非定常高超声速气动力学的建模和把流体与结构之间的热传递纳入气动弹性求解等两个问题,归纳出了未来高超声速气动弹性力学和气动热弹性力学的发展方向。由于吸气式高超声速飞行器机体、推进系统和控制系统的强耦合性,未来的发展趋势是把先进计算气动热弹性法纳入飞行器的综合分析。     

基于SDRE方法的高超声速飞行器姿态控制

针对高超声速飞行器的姿态运动中强耦合的现象,利用动稳定判据,得到飞行器的控制需求。采用状态相关黎卡提方程(State-Dependent Riccati Equation,SDRE)方法进行控制,并且与传统的PID控制方法设计的控制器进行对比分析。仿真结果表明SDRE方法具有一定的鲁棒性,较PID方法有一定的优势。     

国外高超声速飞行器研究现状及发展趋势

高超声速飞行技术自21世纪以来吸引了越来越多航空航天领域专家的关注。首先介绍了高超声速飞行器的概念与需求,在此基础上分析了当今国外高超声速飞行器的最新研究与发展情况。根据目前高超声速飞行器的现状,着重分析了其关键技术。最后,对高超声速飞行器的未来发展前景进行了展望。     

高超声速远程滑翔飞行器外形设计方法

结合高超声速远程滑翔飞行器在升阻比、容积率和容积等方面的性能需求,对锥导乘波构型底部基线方程的确定方法、构型顶点至基本流场顶点的距离等问题进行研究;采用面元法计算分析了各外形控制变量对飞行器性能的影响规律;总结得出高超声速远程滑翔飞行器各外形设计变量确定的先后顺序及准则.     

高超声速飞行器高精度载荷抛撒制导方法

为解决高超声速飞行器俯冲段载荷抛撒问题,提出了基于抛撒点弹道参数组合与载荷落点映射关系的高精度载荷抛撒制导方法.采用人工神经网络方法建立了抛撒点弹道参数组合与载荷落点的映射关系,极大地降低了存储量并且提高了在线计算效率.在建立的映射关系基础上,通过设计飞行器向固定点、固定状态导引的制导律,给出了抛撒点固定的载荷抛撒制导方法;为了提高载荷抛撒的灵活性,采用预测-校正思想,给出了抛撒点实时确定的预测-校正载荷抛撒制导方法.CAV-H飞行器的载荷抛撒制导仿真表明,2种载荷抛撒制导方法获得的落点精度分别为300m与17m,所提出的2种制导方法涵盖了载荷抛撒制导的2类主要方案,可互为重要补充,能够为高超声速飞行器俯冲段高精度载荷抛撒提供参考.     

高超声速飞行器辐射式热防护系统概率分析方法

针对辐射式热防护系统设计输入变量的随机分布问题,结合有限元瞬态传热方法和蒙特卡洛直接抽样方法,建立了一种概率瞬态热分析方法。针对典型辐射式多层热防护系统,考虑各层热防护方案的厚度、材料热导率、比热容、密度等因素的随机分布,仿真得到了热防护系统表面最高温度和背面最高温度的随机分布特性,以及设计参数的灵敏度分析结果,对热防护系统的设计工作具有指导意义。     

高超声速飞行器仿真模型验证研究

针对高超声速飞行器仿真模型是否可信的问题,在对常用模型验证方法优缺点与适用范围分析的基础上,提出高超声速飞行器仿真模型验证方案.采用时、频域方法,对高超声速飞行器仿真模型进行验证,得出仿真模型的可信度.实验结果表明,采用时、频域分析方法,为高超声速飞行器仿真模型的可信度评估提供了一种较为有效的方法和途径.     

高超声速飞行器舵面热颤振数值方法研究

建立一套可行的气动热、气动力、结构松耦合数值方法,利用商业软件ABAQUS二次开发接口DFLUX,编制热壁热流计算程序以考虑壁面温度的影响,分析舵面结构在气动加热环境中温度场分布及随飞行时间的变化;建立力热模型分析舵面模态和频率随气动加热的变化情况;应用商业软件ZAERO进行颤振分析,确定舵面气动弹性稳定性及颤振发生机理。     

临近空间高超声速飞行器反演滑模控制方法研究

针对飞行器非线性动力学系统中存在的参数不确定项和由于高速高热造成的未建模动态,基于反演思想和滑模变结构控制方法,设计了一种新的飞行器反演滑模控制器。该方法在反演设计的每一步都采用滑模控制对非匹配不确定项及未知干扰进行补偿,避免了累积误差,实现对制导指令的鲁棒输出跟踪,并证明了跟踪误差收敛于原点附近任意小邻域。仿真结果验证了方法的有效性。     

美国考虑研制高超声速飞行器

美国国防高级研究计划局正在探索是否着手研制可在高层大气层中“跳跃”飞行的高超声速可重复使用飞行器。这种飞行器能在 2h内飞行 2 0 0 0km ,将军用有效载荷运送到世界任何地方。这种飞行器装备武器后可实施远程快速打击 ,同时也可兼作两级入轨发射装置的第一级。这一概念并不是新近提出的 ,劳伦斯 利弗莫尔国家实验室的工程技术人员早在几年前就萌发了这一设想 ,他们认为在大气层中跳跃飞行是扩大飞行器航程的有效方法。在经过几年的深思熟虑后 ,国防高级研究计划局似乎准备把这一概念从图纸转变成演示器。这种高超声速飞行器称作Hype…     

高超声速飞行器控制技术研究进展综述

控制系统作为高超声速飞行器的核心部分,对保证其平稳安全飞行起着举足轻重的作用。简述了高超声速飞行器的发展概况,提出了控制难点问题,介绍了控制技术的研究现状,并总结了高超声速飞行器控制系统设计方面尚需进一步考虑的问题和未来重点研究方向。