高超声速飞行器面向控制的气动建模补偿方法研究

摘要

高超声速飞行器的一体化设计为了便于控制分析和优化设计，需要建立面向控制的气动模型。高超声速飞行器的气动特性剧烈变化，高度耦合的设计使其有很强的不确定性。为此，根据具体飞行状态的气动数据和非线性时变特性的模型结构补偿修正模型，对建立准确、完备、实用的气动模型是非常必要的。因此，本文针对高超声速飞行器的特性和面向控制设计的要求，结合一体化设计的现实条件，研究了精确简洁的气动建模方法。并通过模型补偿修正的方法，提高气动模型的保真度和适应性，力求使得模型可以很好地描述高超声速气动特性的同时保持计算效率。
　　本文以吸气式高超声速飞行器作为研究对象，考虑模型补偿修正的要求，首先研究了多元正交函数的建模方法，自动地建立精确简洁的气动模型。然后利用这种建模形式易于更新修正的特点，在建立的气动模型基础上，针对更新数据修正模型，融合不同来源的气动数据得到更好的建模结果。同时引入频域的建模和模型修正方法，针对非线性和非定常的气动特性补偿修正先前的气动模型。通过模型的补偿修正方法，可以充分利用所有存在的气动数据，不经过人为的分析自动地得到高超声速飞行器面向控制的精确解析气动模型。
　　本文以理论研究为基础，通过高超声速飞行器的气动建模和模型补偿修正仿真实验，对理论的方法进行验证和评估分析。实验结果证明气动模型的补偿修正方法的有效性，由此建立的高超声速飞行器气动模型具有确定的模型结构、精确的参数估计及不确定度。模型的解析形式和良好的预测能力符合面向控制的建模要求。

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注释表

缩略词

第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容

第二章 高超声速飞行器气动建模

2.1引言

2.2 MOF建模数学原理

2.3建模与仿真

2.4本章总结

第三章 面向控制的模型修正更新

3.1引言

3.2模型修正原理

3.3基于飞行数据的模型补偿修正仿真与验证

3.4结果分析

3.5更新气动数据库

3.6本章总结

第四章 非定常气动建模

4.1引言

4.2传递函数的正交傅里叶变换建模

4.3非定常气动建模

4.4非定常气动建模仿真

4.5本章总结

第五章 非定常气动模型补偿修正

5.1引言

5.2非定常模型补偿修正原理

5.3非定常建模分析

5.4非定常模型补偿修正仿真

5.5面向控制的模型补偿应用

5.6本章总结

第六章 总结与展望

6.1本文主要工作内容

6.2存在的问题和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的文章