高超声速飞行器再入段的动力学建模与仿真

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1、本文档下载自文档之家，如果内容可能不完整，您可以点击以下网址继续阅读或下载：http://www.wendangku.net/doc/e157ab6d1eb91a37f1115c13.html高超声速飞行器再入段的动力学建模与仿真统仿真学报?Vol.21No.22009年1月JournalofSystemSimulationJan.,2009第21卷第2期系高超声速飞行器再入段的动力学建模与仿真李菁菁，任章，黎科峰，张庆振，刘存佳（北京航空航天大学,北京100083）摘要：高超声速飞行器的动力学建模对于进行

2、控制系统的设计和仿真来说是非常重要的。与传统的飞行器相比，由于其飞行的速度和高度跨度大、变化快，高超声速飞行器的飞行动力学特性相当复杂。为了研究高超声速飞行器的一些本质的动力学特性，选择再入段进行分析，建立了再入段的高超声速动力学模型。利用风洞实验数据，建立了空气动力学数据库，并且对模型进行了不确定性分析。在模型的基础上，讨论了高超声速飞行器再入段的控制系统的设计方法。最后，在MATLAB/SIMULNK中进行了控制系统仿真，仿真结果表明在60公里到着陆点控制系统能够很好地控制动力学模型跟踪制导指令。关键词

3、：动力学建模；高超声速飞行器；再入段；空气动力学数据库；控制系统仿真中图分类号：V412.44文献标识码：A文章编号：1004-731X(2009)02-0534-04FlightDynamicsModelingandSimulationofHypersonicVehiclesinReentryphaseLIJing-jing,RENZhang,LIKe-feng,ZHANGQing-zhen,LIUCun-jia(BeihangUniversity,Beijing100083,China)Abstract

4、:Flightdynamicsmodelingofhypersonicvehiclesisofprimeimportanceforthedesignandsimulationofcontrolsystem.Hypersonicvehiclesfeatureuniqueandcomplexflightdynamicscharacteristicsduetovariationsofwidespeedandaltituderange,whicharenotexistentwithconventionalairpl

5、anes.Thepurposeofthisresearchistomodelahypersonicvehicleinthereentryphaseandprovideaninsightintotheinherentdynamics.Basedondataacquiredfromtunnel,anaerodynamicdatabasewasbuilt.Theuncertaintyofmodelwasdiscussed.Furthermore,thedesignmethodofcontrolsystemwasi

6、ntroduced.Finally,nonlinearsimulationsofacontrolsystemusingMATLAB/SIMULINKshowthatthedesignedcontrolsystemcantrackattitudedemandsfrom60kilometertolandingsite.Keywords:flightdynamicsmodeling;hypersonicvehicles;reentry;aerodynamicdatabase;simulationsofcontro

7、lsystem引言高超声速飞行器的动力学建模是目前研究高超声速飞行器的热点和难点问题。建立准确的数学模型对于进行控制系统的设计和进行整个系统仿真来说是非常重要的，但是，对于高超声速飞行器来说，由于其恶劣的飞行环境和高超声速的影响，飞行动力学特性相当复杂，非线形和耦合相当严重，建立准确的数学模型又是极其困难的。问题的另外一个难点在于空气动力学模型的建立。由于实验条件的限制和实验数据的稀少，很难建立起可靠的空气动力学数据库，引入了很大的不确定性。因此，建立一个合理的简化的模型来研究一些本质的动力学现象和初步设计

8、控制系统是非常有意义的。高超声速飞行器的飞行阶段可分为六个阶段：上升段、在轨段、过渡段、再入段、末端能量管理段及着陆段。其中，再入段是指从再入点（高度120km，速度7620m/s，距着陆场跑道约7600km）到末端能量管理段起点（高度25293±608m，速度762±30m/s，距着陆场跑道约96±9km）的飞行阶段，利用大气层使飞行器在再入过程中消耗能量、减速下降，是返回过程中最恶劣、最复杂的一段。本文将以某