论文关于超声速飞机

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1、超声速飞机测控系统姓 名：王志勇班 级：12208-6班 学 号：2012261367指导教师：李立新   完成时间：2013年1、171引言超声速飞机是人类飞机探索的最新领域。超声速飞机潜在的巨大军事和经济价值使得当前世界各军事大国纷纷投巨资到该领域,成为21世纪世界航空航天事业发展的一个主要方向。近年来,各军事大国在推进技术、结构材料、空气动力和飞行控制等关键技术研究方面积累了丰富经验,对超声速飞机未来的发展奠定了基础。今天,超声速飞行技术已成为衡量一个国家空间技术先进程度的标志,被称为航空史上继飞机发明、突破声障飞行后第三个划时代的里程碑。2超声速飞机飞行技

2、术发展现状及难点、特点国防需求是各国竞相研发超声速技术的源动力。理论计算表明,飞行器的速度从0.9马赫提高到5马赫,突防概率可提高100倍以上。超声速武器缩短了突防时间,提高了突防概率。另一方面,反导导弹飞行速度越快,其拦截成功的概率就越高。因此,自20世纪60年代以来,以火箭为动力、应用于各类导弹的超声速技术获得了快速发展,并取得了部分成功,如爱国者等导弹,飞行速度均在6马赫以上。在国内,超声速技术的重大国防、民用价值受到了政府及学术界的高度重视,中科院力学研究所、航天空气动力技术研究院、南京航空航天大学、西北工业大学等科研院所,在国家载人航天工程、“863计划

3、”等资金资助下,在地面高超声速试验设备、计算机流体数字模拟等方面取得了一定的研究成果。喷气发动机通常由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。部分军用发动机的涡轮和尾喷管间还有加力燃烧室。喷气式发动机属于热机，做功原则同样为：高压下输入能量，低压下释放能量。制造出优良的发动机是一大难点。同时为克服热障，科研人员首先精心设计飞行器的飞行轨道和气动外形，使其在不影响或较少影响飞行器性能的情况下，尽可能降低进入飞行器的气动加热率，即热流。克服热障更主要的手段是对飞行器进行热防护，希望以较小的代价保证飞行器及其有效载荷（战斗部或乘员）的安全。超声速飞机具有的特点如下：（

4、1）控制系统的实时性问题超声速飞行条件下飞行器对控制的响应速度要求更高。（2）控制模式问题在超声飞行过程中控制面的控制效率与亚声速飞行状态相比有了较大的降低控制面较大的偏转又将引起不希望的气动热，因而在超声速飞行器控制中往往采用控制面和反作用控制系统相结合的控制手段。（3）变参数问题由于工作条件大范围变化超声速飞行器高低空的气动力特性的巨大差异和质量分布的快速变化导致飞行器的动力学特征和模型参数在飞行中变化非常显著增大。超声速飞行器在大气层内飞行时,由于超声速气流引起的局部流场中激波与边界层的干扰导致飞行器表面上的局部压力及热流率的变化，这些变化直接影响飞行器的气

5、动力特性。3超声速飞机姿态动力学模型考虑超声速飞行器巡航飞行状态下，其速度、高度和发动机推力应为常值，但是受到攻角的变化影响，影响发动机性能，使得速度和高度也具有不确定性。给出高超声速俯仰通道姿动力学方程为：式中：Q为俯仰角速率；为飞行器攻角；V为飞行速度；lyy为飞行器纵向转动惯量；为地心引力常数；r=R+h为飞行器距地心距离；0为俯仰角；L，，分别为飞行器升力、推力和俯仰力矩，其计算公式为：式中：q为动压；5为飞行器特征面积；C为升力系数；C为推力系数，在巡航条件下为常值；c为平均气动弦长；C。，C，C。分别是和攻角0c、升降舵偏8和俯仰速率Q相关的力矩系数。

6、各系数公式给出如下：控制对象可以表示为：4　超声速飞机飞行状态控制较常规飞行器,超音速飞机飞行状态控制更具有挑战性,这表现在如下方面。研究条件　从理论上来看,1946年,钱学森提出了超声速流的相似律,并被加以普遍证明。经过60多年的发展,今天,在超声速空气动力学方面仍有许多待解决的问题,如机体表热辐射使驻点激波层发生分解、电离,出现强弱理想气体效应;离驻点较远处,不同流线处的气流不再等熵;测试手段难以准确确定附面层转捩点位置等。从试验条件来看,超声速风洞、先进的仿真手段是验证、优化飞行器、控制器的必要条件。现有的风洞无法全面模拟飞行器的工作环境,检测设备不能完全监

7、测试验过程,仿真手段有待发展,限制了飞行试验的开展。2）过程特性　吸气式超音速飞机飞行时,空间上经历了一个从地面到近地空间,多个近地空间与大气层间的往返,再到地面的过程,环境参数跳动大;速度上经历了一个从亚音速、跨声速至超声速、多个超声速至超声速、再至跨声速、亚声速的过程,空气动力学特性在不同速率区间差异很大,飞行状态难以用统一的飞行包络线描述。超声速飞行阶段,机体与气流间的强摩擦使机体表面温度急剧升高,仰面气体压缩效应使机体仰面温度可高达1800℃以上[8],而后部气流的负压效应削弱了机体与气流间的热摩擦,这就要求飞行器表面冷却系统能够随着飞行环境及飞行状态及时

8、做出调整,