宽速域吸气式动力飞行器机体推进一体化耦合控制方法技术

本发明专利技术属于飞机控制技术领域，涉及一种宽速域吸气式动力飞行器机体推进一体化耦合控制方法。本发明专利技术从飞行力学/发动机热力循环耦合角度建立一体化动力学模型，利用控制微分方程的扰动线性化列出状态空间方程，采用极点配置方法，给出宽速域飞行器在大范围马赫数下的一体化耦合反馈控制策略。本发明专利技术在应对飞/推耦合效应方面，明显地提升了飞行器的控制品质和操纵稳定性，有更小的超调量，更快的响应速度，以及快速收敛的特性，具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
宽速域吸气式动力飞行器机体推进一体化耦合控制方法


[0001]本专利技术属于飞行器控制
，涉及一种宽速域吸气式动力飞行器机体推进一体化耦合控制方法，适用于具有显著机体推进一体化特征的宽速域吸气式动力飞行器。

技术介绍

[0002]宽速域吸气式动力飞行器通常最大马赫数大于5，使用亚燃/超燃冲压发动机及其组合动力，具有水平起降可重复使用特征，能够在海拔20
‑
100公里的临近空间机动飞行，依托稀有大气执行打击、侦查、运输、对抗等任务的飞行器。具有飞行速度与响应速度快、飞行包线大、升阻比大、比冲大等特点，与常规飞机相比有显著的优势，有广阔的发展前景，在军事和民用领域有巨大价值。
[0003]吸气式宽速域飞行器具有多模态、多变量、非线性以及时变性的特点，给其控制系统带来了困难。新一代宽速域飞行器通常需要通过机身前体和进气道对进入冲压发动机的空气进行压缩，所以在大范围马赫数下的气动力、推进系统工作状态的耦合和相互影响主要表现在飞行姿态通过进气道压缩角改变空气质量流量从而影响推力。与此同时，推力影响姿态有两个方面。首先，由于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.宽速域吸气式动力飞行器机体推进一体化耦合控制方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)飞行器动力学建模(1.1)气动面元建模采用面元法将飞行器的表面分成若干个小区域，用平行四边形或三角形代替这些小区域，计算面元上的气动力和力矩；(1.2)超声速气动计算采用超声速气动估算方法计算每个面元的压力和压力系数，将每个面元的矢量相加，即得到该工况下的总气动力和气动力矩；(1.3)推进系统计算在推力估算中，将超燃冲压发动机分为进气道、隔离器、燃烧室和喷管；在进气道部分，采用激波、膨胀波及其相交理论来描述流场参数，计算由于进口壁的转动以及冲击波和膨胀波的交叉而在平面内产生的所有冲击波和膨胀波；这些波将二维平面区域划分为几个小区域，每个小区域内的内部气流参数相同，由前方区域的激波或膨胀波决定；采用准一维模型计算隔离器和燃烧室的气流参数，不考虑气流摩擦、燃油喷注、预燃激波串长度变化、反应速率，得到隔离器和燃烧室内气流的基本守恒方程，并结合经验公式进行求解；尾喷管采用羽流建模，将尾喷管二维模型沿体轴分成小区域，羽流模型基于剪切层上方和下方的气压相等建立；(2)宽速域吸气式动力飞行器动力学特性分析(2.1)建立宽速域飞行动力学模型：式中：M是俯仰力矩，ω
z
是俯仰角速度，J
z
是俯仰转动惯量，V是速度，θ是轨迹倾角，H为飞行高度，m为飞行器质量，为俯仰角，P、X、Y分别表示发动机推力、阻力、升力，g表示重力加速度，α表示攻角；宽速域吸气式动力飞行器由于存在明显的飞推耦合特性，需要加入对于实际燃油当量比的描述，燃油当量比与速度、高度和燃油当量比指令相关，表达式如下：其中，指燃油当量比指令，为燃油当量比指令；(2.2)根据小扰动线性化理论，将飞行器在某一飞行状态进行线性化展开；展开形式是
每行等式都化成的形式；(2.3)为使飞行动力学公式线性化后的表达式易于编写，引入方程系数的简化符号；其中，飞机静稳定性和静操纵性是飞机操稳评估的重要参考指标，具体如下：a
24
表征飞机的静稳定性，是单位攻角变化引起的飞机绕体轴转动角加速度偏量；其中，为单位攻角变化引起的由气动力产生的俯仰力矩变化，为单位攻角变化引起的由推力产生的俯仰力矩变化，J
z
为转动惯量；a
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表征静操纵性，具体为升降舵的效率，是操纵机构单位偏转量引起的飞机绕O
z1
轴转动角加速度偏量；其中，是操纵机构单位偏转量引起的飞机绕O
z1
轴的力矩偏量，是操纵机构单位偏转量引起的飞机绕O
z1
轴的力矩系数偏量，q是迎面气流动压，S为飞机参考面积，b
A
是平均气动弦长；(2.4)建...

【专利技术属性】
技术研发人员：李家鑫，刘凯，王龙，安帅斌，吴国强，李旦伟，戴磊，尤明，王世鹏，侯霖飞，臧剑文，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：