高超声速飞行器助推段纵向控制技术研究

发布时间：2024-03-19 19:19

　　助推段是火箭动力高超声速飞行器飞行试验的第一阶段,也是任务完成的关键阶段。该阶段飞行环境复杂,约束条件严苛,同时飞行器自身稳定性差,对助推段的控制技术提出了较高的要求。本文从工程应用的角度研究助推段纵向控制技术,为高超声速飞行器以火箭动力助推飞行提供解决方案。首先,研究了基于俯仰角的轨迹设计方法。根据飞行器的运动特点规划了先垂直发射再连续缓慢转弯的俯仰角剖面形状,在此基础上结合任务需求将俯仰角剖面设计为三段:垂直段、转弯段和瞄准段,分段设计了满足约束条件的标称轨迹,解决了在多约束条件下跟踪俯仰角以完成飞行任务的问题。其次,针对纵向控制变量对稳定性和飞行任务的适应性问题,从根轨迹、频域分析、仿真验证等多角度对迎角控制策略和俯仰角控制策略进行对比,发现利用俯仰角控制能获得更好的控制结果,由此确定俯仰角控制为纵向控制策略。在此基础上,针对飞行器静不稳定度大的特点,设计了俯仰角速率阻尼内回路和俯仰角速率指令内回路两种增稳控制结构,从时域、频域、鲁棒性的角度对比出了其性能差异,结果表明俯仰角速率指令内回路能适应稳定度差异较大的各个工作点,控制能力强,为安全飞行提供了更好的解决方案。最后,针对不确...

【文章页数】：100 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1本文高超声速飞行器完整飞行剖面

图1.1本文高超声速飞行器完整飞行剖面本文研究对象最高速度可达6马赫，因此隶属于高超声速飞行器。整个飞行阶段段、火箭动力分离、无动力上升段和无动力返回段，其中两次点火试验窗口分别设和无动力返回段，要求飞行器必须飞行在窗口内才能完成飞行试验任务，任务窗口、马赫数、迎角、侧滑....

图1.2飞行控制系统框图

图1.2飞行控制系统框图究对象采用制导与控制技术，目的是操纵飞行器使其按照预定的轨程的描述中可知，本文研究对象的整个飞行试验过程按动力区分动力飞行段。两段从对象特性来看天壤之别，助推段存在气动舵是主要动力，质心和质量都是时变系统，无动力段只含气动舵一，质心和质量固定。从控制系....

图1.3X-43A纵向控制结构

图1.3X-43A纵向控制结构51A代表了世界超声速燃烧冲压发动机的最高水平，截止2013年5月，并在最后一次试飞取得成功，速度在发动机的助推下最终达到Ma5.1，虽但X-51A的成功试飞已是一项历史性的成就。X-51A继承了早期X-43A的功表明了基于预置增益调参的控制方....

图2.1对象飞行器示意图

南京航空航天大学硕士学位论文第二章建模与对象特性分析2.1引言对象飞行器助推段具有强非线性、强耦合性、时变性的特点，建立非线性六自由模型和纵向解耦的线性模型是对其进行控制和仿真的基础。本章首先介绍了飞行器的气动布局，明确执行机构及使用方法；然后建立高超声速飞行器通用六自由度刚....

本文编号：3932513