致谢31

1 绪论

1.1 选题背景和意义

高超声速飞行器一般是指飞行速度大于5马赫的有翼或无翼飞行器。它与普通的飞行器有着显著区别，特点是速度快，飞行范围广。一般的飞行器飞行于离地面20公里左右的平流层中，飞行速度一般在0.5-2.5马赫之间。而高超声速飞行器能以极快的速度在大气层的任何层以及大气层外的广阔空间飞行。由于其优势明显，因而在军事、民用航行等领域有着广阔的应用前景，受到世界各国的普遍重视。它可以在2小时之内打击地球上的任意目标，其飞行速度如此之快，以至于世界上现有的雷达反导系统难以对其进行有效的防御，掌握该技术的国家将在未来的战争中获得主动。因此高超声速飞行器已经成为越来越多的国家的研究课题。论文网

1.2 高超声速飞行器控制系统研究概述

    同普通飞行器比，高超声速飞行器具有飞行速度快，飞行包络面大，因此高超声速飞行器的飞行环境十分的复杂，因而对它的控制系统提出了更高的要求。由于飞行器的飞行状态和发动机推力之间存在着较强的耦合关系，飞行迎角的变化较大地改变发动机推力，以及许多干扰因素的存在，使得高超声速飞行器短周期模态不稳定，长周期模态为欠阻尼。因此，找到一个贴近实际的高超声速飞行器模型和设计一个鲁棒的飞行器控制方法就变得尤为重要。

1.2.1 高超声速飞行器模型研究概述

高超声速飞行器相对于普通飞行器而言更加复杂[1]，我们首先要建立高超声速飞行器的模型。

据此，国外的Irene M.Gregory等人给出了一组高超声速飞行器的6 DOF线性模型[2]。Shahriar等人验证了高超声速飞行器的纵向解耦模型的理论可行性[3]。在国内，朱亮等人给出了一种高超声速飞行器的6 DOF模型[4]。刘燕斌等人基于建模与控制一体化技术进行了高超声速飞行器模型的探索[5]。方群等人利用拉格朗日力学原理进行了高超声速飞行器的动力学建模[6]。张增辉等人建立了6 DOF的GHV模型[7]。鲁波等人在模型不确定的基础上，提出了一个高超声速飞行器的模型[8]。

1.2.2 高超声速飞行器鲁棒非线性研究方法概述

2 高超声速飞行器模型文献综述

2.1 引言

由于高超声速飞行器在飞行过程中具有耦合度高、变量个数多、非线性等特点。所以对它的研究有着一定的难度。为了对高超声速飞行器的飞行过程进行定量的研究，必须首先建立一个符合实际的高超声速飞行器的模型。本文在考虑了高超声速飞行器的飞行环境和气动力学的前提下，在中外学者的科研基础上，选定了一个通用的高超声速飞行器模型。

2.2 高超声速飞行器建模

2.2.1 高超声速飞行器的模型及其各参数

    本文以高超声速飞行器GHV仿真模型作为研究基础[22]。此模型的外形结构图及从上下侧面各个角度的视图如图2.1---2.3所示。

图2.1 高超声速飞行器通用概念模型仿真模型外形结构图

           图2.2 下视图与等轴测图                     图2.3 侧视图与上视图

     该概念模型的总体结构为三角锥形，其气动布局包含以下三种翼展：单垂尾翼、三角机翼和水平鸭翼。其中水平鸭翼的作用为：使纵向运动模态的可控性和稳定性加强。该模型的各种参数如下表所示：