苏二龙，罗建军，闫颖鑫，方群，黄兴李

(1.西北工业大学航天学院，陕西 西安 710072;2.北京临近空间飞行器系统工程研究所，北京 100076)

引言

高超声速飞行器在航天运载方面可节省能源、降低发射成本，在军事方面将给世界未来战争提供前所未有的进攻便利和防御难题，其广阔的应用前景已成为国内外研究的热点。常规飞行器的总体设计方法没有对飞行器的动力学特性及其控制性能进行更加深入的、精细的分析，对高超声速飞行器总体设计而言，可能会给后期的控制系统设计带来极大的困难。

HTV-2是美国“猎鹰”(Falcon)计划项目中研制的高超声速技术验证飞行器，是验证未来全球快速打击武器(Prompt Global Strike Weapon)的关键技术。2010年4月，美国国防高级研究计划局(DARPA)在范登堡空军基地将HTV-2发射升空。HTV-2与火箭成功分离9 min后，遥测站与HTV-2失去联系，试验未达到预期目标［1］。X-51A是美国空军研究实验室与DARPA联合研制的超燃冲压发动机验证机。2010年5月，X-51A在太平洋上空点燃超燃冲压发动机并加速，飞行速度达到了Ma=5。

本文通过对HTV-2和X-51A试飞中相关飞行控制问题的分析，提出了面向控制的高超声速飞行器总体优化设计研究思路和模块框架。

1 总体优化设计问题的提出

1.1 HTV-2试飞失败原因分析

1.1.1 试飞失败的飞行控制过程分析

工程审查委员会对HTV-2首飞异常的分析结论认为:在给定的飞行速度和高度下，飞行器按照设计的攻角飞行时飞行控制权限达到了操作极限。HTV-2飞行异常的原因是偏航超出预期，导致滚转发散，异常发生时，滚转角速度超出了可控范围［2］。……