高超聲速飛行器建模、分析與驗證研究.pdf

1、高超聲速飛行器采用細長體結(jié)構(gòu)，乘波體構(gòu)型，吸氣式發(fā)動機位于機身下腹部，機身-發(fā)動機一體化設計，一般在空氣稀薄的近空間大氣層邊緣高速飛行，飛行環(huán)境復雜。在高速飛行中，獨特的一體化設計給飛行器帶來氣動和推進系統(tǒng)的強耦合。同時，飛行器表面氣動布局和氣動加熱能夠降低飛行器剛度和頻率，使得機身極易發(fā)生彈性振動變形，從而影響飛行器表面氣動布局和發(fā)動機推進系統(tǒng)性能，產(chǎn)生氣動-彈性結(jié)構(gòu)-推進系統(tǒng)之間的耦合特性。此外，氣流的熱粘性效應、飛行條件的快速變化

2、、高溫尾氣效應、邊界層效應等都給高超聲速飛行器建模和控制器設計帶來巨大挑戰(zhàn)。
　　本文針對一類高超聲速飛行器幾何構(gòu)型，重點研究了高超聲速巡航飛行器剛體和彈性體建模和驗證問題，主要研究工作可以概括如下：
　　1.針對高超聲速飛行器剛體模型，通過對飛行器表面流場特性、氣動布局及發(fā)動機系統(tǒng)的機理分析，采用斜激波膨脹波理論計算氣動力和力矩，采用一維流關系式和動量定理計算推力，建立了高超聲速飛行器剛體機理模型。并分析了飛行器表面氣動布

3、局，發(fā)動機內(nèi)部壓強分布、氣動力和力矩隨攻角、馬赫數(shù)及升降舵偏轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律等氣動特性。
　　2.針對高超聲速飛行器彈性體模型，將飛行器機身看做自由梁結(jié)構(gòu)，采用假設模態(tài)法估算了飛行器固有頻率和振型函數(shù)，建立了彈性振動方程。并考慮由于彈性變形引起的機體前體和后體變形角，計算了考慮彈性變形后的氣動力和力矩。采用活塞理論計算了彈性非定常氣動力，采用參考溫度法估算了氣流粘性效應引起的附加升力、阻力和俯仰力矩，建立了考慮氣動-彈性結(jié)構(gòu)-推進系

4、統(tǒng)之間耦合的高超聲速飛行器機理模型。并分析了飛行器固有頻率和振型函數(shù)的變化規(guī)律、粘性效應對升力、阻力和俯仰力矩的影響及加入彈性和粘性后氣動分布情況等。
　　3.基于剛體機理模型和彈性體機理模型的氣動數(shù)據(jù)，采用曲線擬合方法，簡化復雜的力和力矩表達式，分別建立了高超聲速飛行器剛體和彈性體曲線擬合模型。在簡化的同時，滿足建模的精度需求，并保留機理模型中氣動與推進耦合及氣動-彈性結(jié)構(gòu)-推進系統(tǒng)之間的耦合。比較了剛體模型和彈性體模型的運動模