徐敏, 白斌, 祝小平

(1.西北工业大学 航天学院, 陕西 西安 710072;2.西北工业大学 无人机研究所, 陕西 西安 710072)

0 引言

目前大部分高超声速飞行器都具有典型的乘波体机身和矩形进气道超燃冲压发动机一体化设计外形[1]。由于吸气式高超声速飞行器建模涉及到弹性、气动和推进的耦合作用,属于多学科交叉问题,建模难度较大,传统的飞行动力学模型将不再适用。文献[2-4]分别建立了简化的二维高超声速飞行器模型,并进行了相应研究。

在30多年的探索中,作为非线性动力学特性分析的重要工具,分支分析的理论发展经历了两个重要的阶段。1977 年,Mehra等[5]首次提出分支分析与突变理论方法(简称常规分支分析方法),并对飞机大迎角快速滚转的操纵性和稳定性进行了非线性动力学分析。2001年,Ananthkrishnan和 Sinha提出扩展分支分析方法[6],利用此方法可以有效地分析约束飞行状态下的非线性动力学特性,从而弥补常规分支分析方法只能连续变化单一控制参数达不到约束飞行条件这一缺陷。

本文对Bolender和Doman提出的二维高超声速飞行器模型[3]进行纵向分析。首先利用空气动力学相关理论得到气动力和推力数据,进而完成弹性模型计算,最后得到了巡航状态下飞行器的分支图,并针对平衡曲线对系统稳定性和机身弹性的影响进行了简要分析。

1 几何外形描述

如文献[3],纵向剖面视图及机体坐标系Oxyz如图1所示。

图1 吸气式高超声速飞行器几何外形Fig.1 Geometry of hypersonic air-breathing vehicle

飞行器在 30 km的高度以Ma0=10的速度进行巡航运动。……