耦合失穩模式與控制策略綜合驗證技術

石 偉, 張 靜, 鄭宏濤, 蔡巧言, 李貴成

(中國運載火箭技術研究院, 北京 100076)

引 言

隨著航天技術的發展, 航天飛行器逐漸從以運載火箭、 載人飛船等為代表的軸對稱布局向以航天飛機為代表的面對稱布局演變. 采用面對稱布局的航天飛行器升阻比更大, 可實現更寬速域、 更大空域的飛行, 是目前航天領域的研究熱點. 然而, 此類航天飛行器面臨著復雜的耦合穩定性[1]和可控性問題[2], 與傳統軸對稱布局飛行器和低空低速飛行器相比, 易出現偏離、 振蕩和發散等失穩現象. 美國X-2、 X-15等面對稱飛行器發生的飛行事故也表明, 耦合特性對飛行器總體性能的影響不可忽略, 而對這些現象及其背后機理認識的欠缺嚴重阻礙了飛行器性能的提升.

鑒于此, 在新型航天飛行器的研發過程中, 飛行器耦合特性研究、 飛行性能及品質的預示評估成為非常重要的一個環節. 傳統的飛行性能預示方法主要是基于小攻角、 小擾動線性假設, 根據飛行器的各氣動系數和氣動導數進行飛行力學仿真和分析, 獲取飛行穩定性與可控性. 傳統方法局限于線性范圍內, 對大攻角等非線性情況不再適用, 同時設計中所涉及的一些基本導數也較難確定, 不具有對非線性范圍內飛行性能和品質的預示能力.

為適應新型航天飛行器的研制需求, 應探索新技術, 如數值虛擬飛行、 風洞虛擬飛行等, 挖掘飛行器非線性范圍內的穩定性和可控性, 給出飛行器的飛行動力……