彈性高超聲速飛行器的狀態(tài)/參數(shù)估計與分層滑模控制
發(fā)布時間：2021-08-04 15:12
以美國的先進高超聲速武器（Advanced Hypersonic Weapon,AHW）為代表的高超聲速飛行器具有改變未來戰(zhàn)爭形態(tài)的潛力,是飛行器的一個重要發(fā)展方向。為滿足高速和大射程的要求,這類高超聲速飛行器都具有較大的長細比和較輕的結構質量,導致其彈性振動模態(tài)固有頻率較低,與剛體運動模態(tài)頻率接近,二者之間的耦合效應不可忽略。本文著眼于彈性振動對飛行器動態(tài)特性和飛行控制系統(tǒng)的影響,針對控制回路內傳感器受彈性振動影響導致控制系統(tǒng)性能下降（甚至失穩(wěn)）的問題,研究了彈性高超聲速飛行器的動力學建模、剛體/彈性/控制耦合特性分析、狀態(tài)/參數(shù)聯(lián)合估計和姿態(tài)控制問題,主要包括以下幾部分內容:首先,研究了彈性高超聲速飛行器的動力學建模問題。通過引入瞬態(tài)坐標系克服了未變形飛行器固聯(lián)坐標系的“準速度”問題,實現(xiàn)了質心運動與繞質心轉動和彈性振動的解耦。在此基礎上利用擬坐標形式的拉格朗日方法推導得到了完整動力學模型。并對完整動力學模型進行了簡化和分析。為后續(xù)耦合特性分析、狀態(tài)/參數(shù)估計算法和姿態(tài)控制方法研究奠定了基礎。其次,分析了彈性高超聲速飛行器的剛體/彈性/控制耦合特性。在開環(huán)的情況下分析了彈性模型的平...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：186 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
典型吸氣式高超聲速飛行器X-51AFig.1-1TypicalairbreathinghypersonicvehicleX-51A
哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文-2-[7]。俄羅斯則在2018年3月1日的國情咨文中公開了“匕首”和“先鋒”兩型高超聲速滑翔飛行器，其中“匕首”已投入實驗性戰(zhàn)斗值班，“先鋒”已完成了試驗[8]。圖1-2典型高超聲速滑翔飛行器AHWFig.1-2TypicalhypersonicglidevehicleAHW為了滿足高速和大射程的要求，以AHW為代表的高超聲速飛行器具有較大的長細比和較輕的結構質量，導致其彈性模態(tài)固有頻率較低，與剛體模態(tài)頻率接近，二者之間的耦合效應不可忽略。在飛行過程中，高超聲速飛行器彈體存在彈性變形，與未變形狀態(tài)存在明顯區(qū)別，這會改變飛行器的氣動載荷，進而影響到動態(tài)特性。若飛行器是穩(wěn)定的，則一段時間后彈性振動會逐漸收斂，但彈體并不會恢復到未變形狀態(tài)，而是在氣動載荷的作用下收斂至存在彈性靜變形的平衡狀態(tài)。由于彈性靜變形改變了氣動載荷，高超聲速飛行器在配平狀態(tài)下所受的氣動力也與剛體飛行器存在區(qū)別。uxx陀螺變形后彈體對稱軸未變形彈體對稱軸圖1-3傳感器與彈體變形示意圖Fig.1-3Schematicdiagramofsensorsandbodydeformation
【參考文獻】：
期刊論文
[1]吸氣式高超聲速飛行器熱氣動彈性研究進展[J]. 楊超,趙黃達,吳志剛. 北京航空航天大學學報. 2019(10)
[2]歐拉-伯努利梁單元剛度矩陣推導[J]. 張軍鋒,尹會娜,李杰,陳淮. 水利與建筑工程學報. 2019(03)
[3]靜彈性影響的吸氣式高超聲速飛行器縱向配平分析[J]. 劉海平,陳海兵,林偉. 飛行力學. 2019(03)
[4]高超聲速飛行器氣動彈性的近期進展與發(fā)展展望[J]. 葉正寅,孟憲宗,劉成,葉柳青. 空氣動力學學報. 2018(06)
[5]彈性靜不穩(wěn)定高超聲速飛行器姿態(tài)綜合控制[J]. 樸敏楠,楊志紅,孫明瑋,黃建,陳增強. 中國科學:技術科學. 2019(07)
[6]高超聲速飛行器發(fā)展綜述及飛行試驗測控需求[J]. 張強. 科技視界. 2018(21)
[7]臨近空間高超聲速武器發(fā)展趨勢[J]. 田宏亮. 航空科學技術. 2018(06)
[8]典型空空導彈彈性伺服控制系統(tǒng)穩(wěn)定性研究[J]. 李越群,王建. 兵器裝備工程學報. 2018(05)
[9]高超聲速武器及其對未來戰(zhàn)爭的影響[J]. 黃志澄. 戰(zhàn)術導彈技術. 2018(03)
[10]高超聲速飛行器機翼的顫振損傷特性分析[J]. 張曉輝,王玉惠,秦晅,吳慶憲. 電光與控制. 2018(07)
博士論文
[1]高超聲速飛行器跟蹤控制方法研究[D]. 孫經廣.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[2]隨機跳變系統(tǒng)的滾動時域狀態(tài)估計[D]. 孫慶.江南大學 2017
[3]基于模型預測控制的船舶動力定位系統(tǒng)控制研究[D]. 趙俊.武漢理工大學 2016
[4]高超聲速氣動力/熱/結構多場耦合問題數(shù)值模擬技術研究[D]. 季衛(wèi)棟.南京航空航天大學 2016
[5]高超聲速飛行器氣動彈性建模與魯棒變增益控制[D]. 逄洪軍.哈爾濱工業(yè)大學 2016
[6]高超聲速飛行器建模及巡航跟蹤控制技術研究[D]. 趙林東.北京理工大學 2015
[7]滾動時域估計及其在多UUV協(xié)同定位中的應用[D]. 楊建.哈爾濱工程大學 2015
[8]基于反步法的高超聲速飛行器魯棒自適應控制[D]. 王芳.天津大學 2014
[9]彈性高超聲速飛行器跟蹤問題控制方法研究[D]. 王婕.天津大學 2014
[10]超聲速飛行器燒蝕與結構熱耦合計算及氣動伺服彈性分析[D]. 楊瓊梁.復旦大學 2011
碩士論文
[1]直接力/氣動力復合控制的導彈伺服彈性分析[D]. 趙宏斌.哈爾濱工業(yè)大學 2010
本文編號：3321925
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：186 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
典型吸氣式高超聲速飛行器X-51AFig.1-1TypicalairbreathinghypersonicvehicleX-51A
哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文-2-[7]。俄羅斯則在2018年3月1日的國情咨文中公開了“匕首”和“先鋒”兩型高超聲速滑翔飛行器，其中“匕首”已投入實驗性戰(zhàn)斗值班，“先鋒”已完成了試驗[8]。圖1-2典型高超聲速滑翔飛行器AHWFig.1-2TypicalhypersonicglidevehicleAHW為了滿足高速和大射程的要求，以AHW為代表的高超聲速飛行器具有較大的長細比和較輕的結構質量，導致其彈性模態(tài)固有頻率較低，與剛體模態(tài)頻率接近，二者之間的耦合效應不可忽略。在飛行過程中，高超聲速飛行器彈體存在彈性變形，與未變形狀態(tài)存在明顯區(qū)別，這會改變飛行器的氣動載荷，進而影響到動態(tài)特性。若飛行器是穩(wěn)定的，則一段時間后彈性振動會逐漸收斂，但彈體并不會恢復到未變形狀態(tài)，而是在氣動載荷的作用下收斂至存在彈性靜變形的平衡狀態(tài)。由于彈性靜變形改變了氣動載荷，高超聲速飛行器在配平狀態(tài)下所受的氣動力也與剛體飛行器存在區(qū)別。uxx陀螺變形后彈體對稱軸未變形彈體對稱軸圖1-3傳感器與彈體變形示意圖Fig.1-3Schematicdiagramofsensorsandbodydeformation
【參考文獻】：
期刊論文
[1]吸氣式高超聲速飛行器熱氣動彈性研究進展[J]. 楊超,趙黃達,吳志剛. 北京航空航天大學學報. 2019(10)
[2]歐拉-伯努利梁單元剛度矩陣推導[J]. 張軍鋒,尹會娜,李杰,陳淮. 水利與建筑工程學報. 2019(03)
[3]靜彈性影響的吸氣式高超聲速飛行器縱向配平分析[J]. 劉海平,陳海兵,林偉. 飛行力學. 2019(03)
[4]高超聲速飛行器氣動彈性的近期進展與發(fā)展展望[J]. 葉正寅,孟憲宗,劉成,葉柳青. 空氣動力學學報. 2018(06)
[5]彈性靜不穩(wěn)定高超聲速飛行器姿態(tài)綜合控制[J]. 樸敏楠,楊志紅,孫明瑋,黃建,陳增強. 中國科學:技術科學. 2019(07)
[6]高超聲速飛行器發(fā)展綜述及飛行試驗測控需求[J]. 張強. 科技視界. 2018(21)
[7]臨近空間高超聲速武器發(fā)展趨勢[J]. 田宏亮. 航空科學技術. 2018(06)
[8]典型空空導彈彈性伺服控制系統(tǒng)穩(wěn)定性研究[J]. 李越群,王建. 兵器裝備工程學報. 2018(05)
[9]高超聲速武器及其對未來戰(zhàn)爭的影響[J]. 黃志澄. 戰(zhàn)術導彈技術. 2018(03)
[10]高超聲速飛行器機翼的顫振損傷特性分析[J]. 張曉輝,王玉惠,秦晅,吳慶憲. 電光與控制. 2018(07)
博士論文
[1]高超聲速飛行器跟蹤控制方法研究[D]. 孫經廣.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[2]隨機跳變系統(tǒng)的滾動時域狀態(tài)估計[D]. 孫慶.江南大學 2017
[3]基于模型預測控制的船舶動力定位系統(tǒng)控制研究[D]. 趙俊.武漢理工大學 2016
[4]高超聲速氣動力/熱/結構多場耦合問題數(shù)值模擬技術研究[D]. 季衛(wèi)棟.南京航空航天大學 2016
[5]高超聲速飛行器氣動彈性建模與魯棒變增益控制[D]. 逄洪軍.哈爾濱工業(yè)大學 2016
[6]高超聲速飛行器建模及巡航跟蹤控制技術研究[D]. 趙林東.北京理工大學 2015
[7]滾動時域估計及其在多UUV協(xié)同定位中的應用[D]. 楊建.哈爾濱工程大學 2015
[8]基于反步法的高超聲速飛行器魯棒自適應控制[D]. 王芳.天津大學 2014
[9]彈性高超聲速飛行器跟蹤問題控制方法研究[D]. 王婕.天津大學 2014
[10]超聲速飛行器燒蝕與結構熱耦合計算及氣動伺服彈性分析[D]. 楊瓊梁.復旦大學 2011
碩士論文
[1]直接力/氣動力復合控制的導彈伺服彈性分析[D]. 趙宏斌.哈爾濱工業(yè)大學 2010
本文編號：3321925
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