弹性高超声速飞行器的状态/参数估计与分层滑模控制
发布时间：2021-08-04 15:12
以美国的先进高超声速武器（Advanced Hypersonic Weapon,AHW）为代表的高超声速飞行器具有改变未来战争形态的潜力,是飞行器的一个重要发展方向。为满足高速和大射程的要求,这类高超声速飞行器都具有较大的长细比和较轻的结构质量,导致其弹性振动模态固有频率较低,与刚体运动模态频率接近,二者之间的耦合效应不可忽略。本文着眼于弹性振动对飞行器动态特性和飞行控制系统的影响,针对控制回路内传感器受弹性振动影响导致控制系统性能下降（甚至失稳）的问题,研究了弹性高超声速飞行器的动力学建模、刚体/弹性/控制耦合特性分析、状态/参数联合估计和姿态控制问题,主要包括以下几部分内容:首先,研究了弹性高超声速飞行器的动力学建模问题。通过引入瞬态坐标系克服了未变形飞行器固联坐标系的“准速度”问题,实现了质心运动与绕质心转动和弹性振动的解耦。在此基础上利用拟坐标形式的拉格朗日方法推导得到了完整动力学模型。并对完整动力学模型进行了简化和分析。为后续耦合特性分析、状态/参数估计算法和姿态控制方法研究奠定了基础。其次,分析了弹性高超声速飞行器的刚体/弹性/控制耦合特性。在开环的情况下分析了弹性模型的平...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
典型吸气式高超声速飞行器X-51AFig.1-1TypicalairbreathinghypersonicvehicleX-51A
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-2-[7]。俄罗斯则在2018年3月1日的国情咨文中公开了“匕首”和“先锋”两型高超声速滑翔飞行器，其中“匕首”已投入实验性战斗值班，“先锋”已完成了试验[8]。图1-2典型高超声速滑翔飞行器AHWFig.1-2TypicalhypersonicglidevehicleAHW为了满足高速和大射程的要求，以AHW为代表的高超声速飞行器具有较大的长细比和较轻的结构质量，导致其弹性模态固有频率较低，与刚体模态频率接近，二者之间的耦合效应不可忽略。在飞行过程中，高超声速飞行器弹体存在弹性变形，与未变形状态存在明显区别，这会改变飞行器的气动载荷，进而影响到动态特性。若飞行器是稳定的，则一段时间后弹性振动会逐渐收敛，但弹体并不会恢复到未变形状态，而是在气动载荷的作用下收敛至存在弹性静变形的平衡状态。由于弹性静变形改变了气动载荷，高超声速飞行器在配平状态下所受的气动力也与刚体飞行器存在区别。uxx陀螺变形后弹体对称轴未变形弹体对称轴图1-3传感器与弹体变形示意图Fig.1-3Schematicdiagramofsensorsandbodydeformation
【参考文献】：
期刊论文
[1]吸气式高超声速飞行器热气动弹性研究进展[J]. 杨超,赵黄达,吴志刚. 北京航空航天大学学报. 2019(10)
[2]欧拉-伯努利梁单元刚度矩阵推导[J]. 张军锋,尹会娜,李杰,陈淮. 水利与建筑工程学报. 2019(03)
[3]静弹性影响的吸气式高超声速飞行器纵向配平分析[J]. 刘海平,陈海兵,林伟. 飞行力学. 2019(03)
[4]高超声速飞行器气动弹性的近期进展与发展展望[J]. 叶正寅,孟宪宗,刘成,叶柳青. 空气动力学学报. 2018(06)
[5]弹性静不稳定高超声速飞行器姿态综合控制[J]. 朴敏楠,杨志红,孙明玮,黄建,陈增强. 中国科学:技术科学. 2019(07)
[6]高超声速飞行器发展综述及飞行试验测控需求[J]. 张强. 科技视界. 2018(21)
[7]临近空间高超声速武器发展趋势[J]. 田宏亮. 航空科学技术. 2018(06)
[8]典型空空导弹弹性伺服控制系统稳定性研究[J]. 李越群,王建. 兵器装备工程学报. 2018(05)
[9]高超声速武器及其对未来战争的影响[J]. 黄志澄. 战术导弹技术. 2018(03)
[10]高超声速飞行器机翼的颤振损伤特性分析[J]. 张晓辉,王玉惠,秦晅,吴庆宪. 电光与控制. 2018(07)
博士论文
[1]高超声速飞行器跟踪控制方法研究[D]. 孙经广.哈尔滨工业大学 2018
[2]随机跳变系统的滚动时域状态估计[D]. 孙庆.江南大学 2017
[3]基于模型预测控制的船舶动力定位系统控制研究[D]. 赵俊.武汉理工大学 2016
[4]高超声速气动力/热/结构多场耦合问题数值模拟技术研究[D]. 季卫栋.南京航空航天大学 2016
[5]高超声速飞行器气动弹性建模与鲁棒变增益控制[D]. 逄洪军.哈尔滨工业大学 2016
[6]高超声速飞行器建模及巡航跟踪控制技术研究[D]. 赵林东.北京理工大学 2015
[7]滚动时域估计及其在多UUV协同定位中的应用[D]. 杨建.哈尔滨工程大学 2015
[8]基于反步法的高超声速飞行器鲁棒自适应控制[D]. 王芳.天津大学 2014
[9]弹性高超声速飞行器跟踪问题控制方法研究[D]. 王婕.天津大学 2014
[10]超声速飞行器烧蚀与结构热耦合计算及气动伺服弹性分析[D]. 杨琼梁.复旦大学 2011
硕士论文
[1]直接力/气动力复合控制的导弹伺服弹性分析[D]. 赵宏斌.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3321925
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
典型吸气式高超声速飞行器X-51AFig.1-1TypicalairbreathinghypersonicvehicleX-51A
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-2-[7]。俄罗斯则在2018年3月1日的国情咨文中公开了“匕首”和“先锋”两型高超声速滑翔飞行器，其中“匕首”已投入实验性战斗值班，“先锋”已完成了试验[8]。图1-2典型高超声速滑翔飞行器AHWFig.1-2TypicalhypersonicglidevehicleAHW为了满足高速和大射程的要求，以AHW为代表的高超声速飞行器具有较大的长细比和较轻的结构质量，导致其弹性模态固有频率较低，与刚体模态频率接近，二者之间的耦合效应不可忽略。在飞行过程中，高超声速飞行器弹体存在弹性变形，与未变形状态存在明显区别，这会改变飞行器的气动载荷，进而影响到动态特性。若飞行器是稳定的，则一段时间后弹性振动会逐渐收敛，但弹体并不会恢复到未变形状态，而是在气动载荷的作用下收敛至存在弹性静变形的平衡状态。由于弹性静变形改变了气动载荷，高超声速飞行器在配平状态下所受的气动力也与刚体飞行器存在区别。uxx陀螺变形后弹体对称轴未变形弹体对称轴图1-3传感器与弹体变形示意图Fig.1-3Schematicdiagramofsensorsandbodydeformation
【参考文献】：
期刊论文
[1]吸气式高超声速飞行器热气动弹性研究进展[J]. 杨超,赵黄达,吴志刚. 北京航空航天大学学报. 2019(10)
[2]欧拉-伯努利梁单元刚度矩阵推导[J]. 张军锋,尹会娜,李杰,陈淮. 水利与建筑工程学报. 2019(03)
[3]静弹性影响的吸气式高超声速飞行器纵向配平分析[J]. 刘海平,陈海兵,林伟. 飞行力学. 2019(03)
[4]高超声速飞行器气动弹性的近期进展与发展展望[J]. 叶正寅,孟宪宗,刘成,叶柳青. 空气动力学学报. 2018(06)
[5]弹性静不稳定高超声速飞行器姿态综合控制[J]. 朴敏楠,杨志红,孙明玮,黄建,陈增强. 中国科学:技术科学. 2019(07)
[6]高超声速飞行器发展综述及飞行试验测控需求[J]. 张强. 科技视界. 2018(21)
[7]临近空间高超声速武器发展趋势[J]. 田宏亮. 航空科学技术. 2018(06)
[8]典型空空导弹弹性伺服控制系统稳定性研究[J]. 李越群,王建. 兵器装备工程学报. 2018(05)
[9]高超声速武器及其对未来战争的影响[J]. 黄志澄. 战术导弹技术. 2018(03)
[10]高超声速飞行器机翼的颤振损伤特性分析[J]. 张晓辉,王玉惠,秦晅,吴庆宪. 电光与控制. 2018(07)
博士论文
[1]高超声速飞行器跟踪控制方法研究[D]. 孙经广.哈尔滨工业大学 2018
[2]随机跳变系统的滚动时域状态估计[D]. 孙庆.江南大学 2017
[3]基于模型预测控制的船舶动力定位系统控制研究[D]. 赵俊.武汉理工大学 2016
[4]高超声速气动力/热/结构多场耦合问题数值模拟技术研究[D]. 季卫栋.南京航空航天大学 2016
[5]高超声速飞行器气动弹性建模与鲁棒变增益控制[D]. 逄洪军.哈尔滨工业大学 2016
[6]高超声速飞行器建模及巡航跟踪控制技术研究[D]. 赵林东.北京理工大学 2015
[7]滚动时域估计及其在多UUV协同定位中的应用[D]. 杨建.哈尔滨工程大学 2015
[8]基于反步法的高超声速飞行器鲁棒自适应控制[D]. 王芳.天津大学 2014
[9]弹性高超声速飞行器跟踪问题控制方法研究[D]. 王婕.天津大学 2014
[10]超声速飞行器烧蚀与结构热耦合计算及气动伺服弹性分析[D]. 杨琼梁.复旦大学 2011
硕士论文
[1]直接力/气动力复合控制的导弹伺服弹性分析[D]. 赵宏斌.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3321925
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