面對(duì)稱(chēng)高速飛行器橫側(cè)向耦合失控特性

孫春貞, 黃一敏

(南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院, 江蘇南京 210016)

引 言

通道間耦合面是對(duì)稱(chēng)飛行器的典型特點(diǎn), 尤其是滾轉(zhuǎn)-偏航通道間的耦合. 與低速飛行器相比, 面對(duì)稱(chēng)高速飛行器Mach數(shù)、 迎角、 高度、 動(dòng)壓變化范圍很大, 不穩(wěn)定性、 強(qiáng)耦合性、 強(qiáng)非線(xiàn)性、 強(qiáng)不確定性相互疊加, 嚴(yán)重影響了飛行器的穩(wěn)定性, 尤其是高空大迎角飛行時(shí), 通道間耦合嚴(yán)重, 并且橫航向表現(xiàn)為嚴(yán)重的非最小相位特性, 這對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)重的挑戰(zhàn).

面對(duì)稱(chēng)飛行器發(fā)展史上, 從X系列超聲速飛行器驗(yàn)證機(jī)到X系列重復(fù)使用飛行器驗(yàn)證機(jī), 從航天飛機(jī)到再入飛行器, 耦合動(dòng)力學(xué)特性帶來(lái)的影響都是飛行器研制和發(fā)展過(guò)程中不可忽略的部分[1]. 航天飛機(jī)初期再入過(guò)程中存在嚴(yán)重的荷蘭滾耦合和控制耦合, X-37B和HTV-2飛行器也存在耦合引起橫航向的穩(wěn)定與控制問(wèn)題, 這些耦合都嚴(yán)重影響了飛行器的穩(wěn)定性和可控性[2-5].

針對(duì)耦合帶來(lái)的失控問(wèn)題, 從X系列驗(yàn)證機(jī)開(kāi)始, 科研人員一直在研究其耦合機(jī)理， 從氣動(dòng)設(shè)計(jì)和尋求新的耦合控制策略?xún)煞矫嬲归_(kāi)研究, 以減小飛行器失控的可能性[1-11]. 針對(duì)耦合帶來(lái)的非最小相位特性, 在控制方面也取得了一些可以借鑒的成果[2-16]. 但是由于飛行器動(dòng)力學(xué)特性復(fù)雜, 耦合帶來(lái)的控制問(wèn)題更為復(fù)雜, 需要系統(tǒng)梳理耦合對(duì)高速飛行器運(yùn)動(dòng)控制的影響.

本文主要針對(duì)面對(duì)稱(chēng)高速飛行器橫側(cè)向存在的典型耦合導(dǎo)致的非最小相位特性, 研……