程璞, 张鹏宇, 吴小华, 黄兴李, 闵昌万

(空间物理重点实验室, 北京 100076)

0 引言

高超声速飞行器的气动特性复杂、飞行环境不确定性大、横侧向耦合性强,对迎角和侧滑角等有严格的限制[1-2]。在阵风作用下,飞行器的迎角和侧滑角将产生相应的波动,需要飞行控制系统具有较强的鲁棒性,以保证在阵风干扰下飞行器仍能够稳定飞行。由于飞行试验的高成本、高风险性,合理地设计阵风模型,充分考核飞行控制系统的鲁棒性,是研制单位的重要工作之一,这需要深入研究阵风干扰对高超声速飞行器闭环稳定性的影响机理。

基于所研究飞行器的模型、飞行任务及飞行环境的特点,文献[3-6]主要考虑了阵风对飞机载荷的影响以及减缓控制方法,文献[7]建立了轴对称导弹气动伺服弹性系统的连续与离散阵风响应分析方法,文献[8]推导了考虑风场情况下的飞行器六自由度动力学方程,并通过仿真研究了系统的特性。

本文针对面对称高超声速飞行器的特性,建立了阵风条件下的飞行器动力学模型,研究了阵风对系统闭环稳定性的影响机理,可为高超声速飞行器控制系统仿真考核、控制器设计等提供依据。

1 阵风干扰的等价作用

阵风干扰改变了飞行器相对气流速度的大小和方向,从而改变了飞行器受到的气动力,并对飞行器的控制产生影响。设飞行器相对地球的速度大小为V,在弹体系下的分量为(Vx1,Vy1,Vz1),风速在弹体系下的分量为(u,v,w),则有:

(1)

设风……