高超声速飞行器建模与精细姿态控制研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
90816027
项目类别：
重大研究计划
资助金额：
300.0万
负责人：
闫杰
依托单位：
西北工业大学
学科分类：
F0301.控制理论与技术
结题年份：
2012
批准年份：
2008
项目状态：
已结题
起止时间：
2009-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
杨军；李杰；郭振云；曾庆华；于云峰；孙力；符文星；王鑫；赵晓蓓；
关键词：
气动参数数学模型发动机高超声速飞行控制

项目摘要

高超声速飞行器的动力装置超燃冲压发动机的工作与飞行姿态紧密耦合，在飞行中需要控制飞行器的攻角和侧滑角在平衡攻角和零侧滑角±1o的范围内，这给飞行控制系统提出了非常高的精细姿态控制要求。目前此领域关于超燃冲压发动机工作情况下的高超飞行器数学模型和控制系统设计问题还没有给出公认的解决。鉴于这两个问题在高超声速技术发展中的关键基础地位，本项目提出由西北工业大学和国防科技大学组成联合课题组，充分发挥各自在飞行控制和火箭发动机两个学科的优势，力求在基础层面对超燃冲压发动机工作情况下的高超声速飞行器的气动和控制耦合问题给出一个机理性的解析描述，在此基础之上设计控制系统，并在高超声速风洞中加以验证，突破高超声速飞行器发展中的关键技术。

结项摘要

1、根据吸气式高超声速飞行器典型的飞行过程，明确了各阶段控制技术所面临的新的基础问题。提出并逐步完善了高超声速飞行器精细姿态控制的概念（Sophisticated Attitude Control of Supersonic Flight）,从单纯的姿态精度到姿态精度+姿态角速度抑制，确立了吸气式高超声速飞行器巡航飞行阶段控制学科研究的主要基础科学问题。.2、建立了一个包括近空间大气环境、超燃冲压发动机、电动舵机，以及升力体构型的高超飞行器及其气动、结构参数的完整六自由度数学模型，为吸气式高超声速飞行器飞行控制方法的研究提供了一个公共、可比的对象。.3、以上述模型和我国高超声速飞行器动力系统验证机的飞行弹道、时序为牵引，采用线性、非线性等手段，多方面研究了高超声速飞行器分离段的高动压分离、姿态扰动快速调节等问题、提出了满足弹道时序、精度要求的控制方法；研究了高超声速飞行器巡航段飞行的环境及其特点，给出了其巡航段飞行控制设计可以在工作点线性化，按照线性化方法研究的重要结论；研究了气动弹性、发动机工作振动等条件下的高超声速飞行器精细姿态控制问题，提出了满足姿态精细控制要求的方法；深入研究了电动舵机性能对高超飞控系统姿态控制精度的影响，提出了针对舵机非线性提高系统性能的算法并加以验证。以上工作紧紧围绕高超声速飞行控制中姿态快速及高精度要求这一基础科学问题展开，有力地支撑了我国高超声速飞行器相关的技术攻关及试验。.4、针对高超声速飞行器长时间飞行对姿态及其速度精度控制的更高要求，提出了姿态及其变化速度综合控制、复合舵面控制等新的研究方向，并提出了相应的控制方法。.5、本课题实施期间，在基金委组织的年度重大研究计划交流会上作大会报告两次，分组交流报告两次。.6、发表十多篇论文，计划在2013年出版《吸气式高超声速飞行器控制技术》专著。