高超声速飞行器再入末端BTT180控制技术研究

摘要

高超声速飞行器再入末端通过 BTT180快速机动，迅速下压轨迹，完成垂直打击任务。BTT180控制关键是如何在有限的舵面内满足滚转角速率指标要求以及补偿抑制“急滚”过程中的耦合，本文从工程应用角度解决样例飞行器再入末端BTT180控制问题。
　　本文提出建立高超声速飞行器通用的动力学模型库思想，将非线性动力学模型解耦为刚体六自由度库和气动数据库两部分，然后给出相应的接口函数定义。最后，沿BTT180飞行轨迹线配平线性化得到小扰动线性模型并分析BTT180阶段的操稳性。针对再入末端荷兰滚不稳定问题，推导了荷兰滚模态高精度近似解析式，并通过数值计算验证解析式的正确性，该解析式表明β&反馈是增稳荷兰滚模态最直接、最有效的途径。
　　借鉴早期航天飞机再入段横侧向滚转控制的思想，融合β&增稳荷兰滚的方法，给出高超声速飞行器再入段两种典型的滚转控制策略。考虑到再入段飞行器气动参数强不确定性强，采用μ分析方法评估两种典型滚转控制策略的鲁棒性。
　　BTT180阶段一般以大迎角飞行，大迎角下采取非常规的BTT180控制策略，并在此基础上提出“基于角速率指令回路的非常规BTT180控制”策略。为满足“急滚”要求，提出先降低至小迎角采取常规的BTT180控制策略，待完成BTT180后再恢复至大迎角状态采取非常规的BTT180控制策略。非线性仿真结果表明基于角速率指令回路的BTT180控制策略的响应快，小迎角下能够实现60°/s的“急滚”要求，舵面具有足够的控制余量，且加入前馈抗侧滑控制器后可以保证侧滑角在±2°范围内。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 高超声速飞行器再入段飞行过程

1.3 课题研究背景

1.4 论文章节安排

第二章 飞行器建模与特性分析

2.1 引言

2.2 样例飞行器气动布局

2.3 非线性动力学模型

2.4 BTT180阶段操稳性

2.5 本章小结

第三章 荷兰滚模态分析与增稳

3.1 引言

3.2 荷兰滚模态近似解析式推导

3.3 大迎角下荷兰滚模态增稳策略

3.4 小迎角下荷兰滚模态增稳策略

3.5 本章小结

第四章 滚转控制及其鲁棒性分析

4.1 引言

4.2 副翼操纵性能分析

4.3 横侧向滚转控制策略

4.4 基于μ分析的鲁棒性分析与评估

4.5 本章小结

第五章 大迎角BTT180控制律设计

5.1 引言

5.2 BTT180控制策略

5.3 BTT180控制律参数设计

5.4 非线性仿真验证

5.5 本章小结

第六章 小迎角BTT180控制律设计

6.1 引言

6.2 BTT180控制策略

6.3 BTT180控制律参数设计

6.4 非线性仿真验证

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 本文主要研究内容

7.2 后续进一步研究工作

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文