吸氣式高超聲速飛行器因其高速度、大射程、快響應的特點,具有重大的軍事價值與潛在的經(jīng)濟價值。但是,相較于傳統(tǒng)飛行器,吸氣式高超聲速飛行器強非線性、氣推耦合、參數(shù)不確定、靜不穩(wěn)定等特性都對其控制系統(tǒng)設(shè)計帶來了巨大的挑戰(zhàn)。因此,本文針對高超聲速飛行器爬升段與巡航段的控制問題進行深入研究,重點解決:外界擾動抑制問題、執(zhí)行機構(gòu)故障容錯問題、控制飽和抑制問題和跟蹤誤差性能與進氣條件約束問題。主要研究內(nèi)容包括:首先介紹了吸氣式高超飛行器的幾何構(gòu)型、外形參數(shù)與飛行任務剖面,并定義所需坐標系及其轉(zhuǎn)換關(guān)系,然后基于飛行動力學與空氣動力學分別構(gòu)建剛體動力學方程、飛行器各表面氣動力與吸氣式發(fā)動機模型。最后通過近似擬合,給出飛行器曲線擬合模型及相關(guān)參數(shù),為后續(xù)章節(jié)控制系統(tǒng)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。為了解決吸氣式高超聲速飛行器:強非線性、靜不穩(wěn)定、氣推耦合、參數(shù)攝動等諸多因素帶來的控制難點,并有效抑制外界擾動影響,基于高階滑模理論設(shè)計了一種自適應高階超螺旋控制器。首先應用反饋線性化將飛行器模型轉(zhuǎn)化為仿射非線性形式,并利用非線性反饋解決氣推解耦問題;其次引入精確魯棒微分器實時估計跟蹤誤差向量的導數(shù)信息,解決氣動參數(shù)攝動問題;然... 

【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

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

空間軌道Figure1-1Spaceorbit

第1章緒論-5-(a)載荷(b)運載器圖1-3AHW項目的載荷與運載器Figure1-3PayloadandlaunchingvehicleofAHW2018年，在美國國防部的統(tǒng)籌部署下，美陸�？杖娺_成合作協(xié)議：以AHW項目驗證的圓錐體構(gòu)型方案為基礎(chǔ)，依托“遠程高超聲速武器”（LRHW）項目、“常規(guī)快速打擊”（CPS）項目和“高超聲速常規(guī)打擊武器”（HCSW）項目，分別開展陸射、潛射和空射型高超聲速助推滑翔導彈的型號研制；以HTV-2項目研發(fā)的楔形構(gòu)型方案為基礎(chǔ)，依托“戰(zhàn)術(shù)助推滑翔”（TBG）、“空射快速響應武器”（ARRW）和“作戰(zhàn)火力”（OpFires）項目，開展空射/艦射型、空射型以及陸射型助推滑翔導彈型號研制與演示驗證。（3）吸氣式高超聲速飛行器吸氣式高超聲速飛行器是以超燃沖壓發(fā)動機為動力的一類高超聲速飛行器。該類飛行器的主要應用前景是戰(zhàn)術(shù)巡航導彈、察打一體無人飛行器與洲際快速運輸飛機。該類飛行器的探索開始于1955年，早期主要開展超燃沖壓發(fā)動機的相關(guān)技術(shù)研究工作。1984年，NASA提出了國家空天飛機（NationalAerospacePlane,NASP）發(fā)展計劃，目的是設(shè)計氫燃料的單級入軌吸氣式高超聲速飛行器，代號X-30，但其僅停留在縮比模型研究階段。在NASP計劃取消后，Hyper-X計劃在國家航空航天局統(tǒng)一管理、蘭利研究中心牽頭下備受軍方關(guān)注，其目的為研究并驗證可用于高超聲速飛機和可重復使用天地往返系統(tǒng)的超燃沖壓發(fā)動機技術(shù)與一體化設(shè)計技術(shù)。計劃共分為四個型號的試飛器：X-43A~X-43D。X-43A采用乘波體外形，長3.66m、寬1.53m、高0.66m、質(zhì)量1360kg。如圖1-4(a)所示，X-43A采用全動式水平尾翼、雙垂直尾翼作為控制面。迄今為止，X-43A共進行了三次飛行試驗，其中2004年11月16日第三次試飛的任務剖面如圖1-4(b)所示。X-43A首先由B-52B轟炸機攜載自12km

哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文-6-(a)X-43A外形(b)X-43A第三次試驗任務剖面圖1-4X-43A外形與試驗任務剖面Figure1-4OutsideviewofX-43AandtaskprofileofflighttestHyTech為美國空軍于1995年提出的高超聲速發(fā)展計劃，用于發(fā)展碳氫燃料-主動冷卻超燃沖壓發(fā)動機技術(shù)，驗證4~8Ma下發(fā)動機的可操作性、性能和結(jié)構(gòu)耐久度。HyTech計劃的驗證機X-51A具有乘波體外形，長7.62m、最大寬度0.5842m、質(zhì)量1788kg，設(shè)計性能為：巡航速度6~7Ma、最大射程約740km[22]。如圖1-5所示，X-51A由固體火箭助推器、級間段與巡航飛行器組成，巡航飛行器長4.27m，質(zhì)量682.2kg。X-51A共進行了四次飛行試驗，2013年5月1日的第四次試驗基本成功，X-51A首先由B-52H轟炸機攜帶自15.2km高空投放，然后助推器工作26s將飛行器加速至4.8Ma。與助推器分離后，超燃沖壓發(fā)動機點火，動力飛行時間持續(xù)了240s，飛行器爬升至18km高空，速度達到5.1Ma，在發(fā)動機關(guān)機后，X-51A繼續(xù)飛行約500s后墜海[23]。(a)X-51A與巡航飛行器外形

【參考文獻】：
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