大质量比滚控式变质心飞行器动力学特性分析

针对大质量比滚控式变质心再入飞行器结构参数设计问题,建立了包含活动体偏转运动的完整飞行器姿态伺服动力学模型,进而对活动体参数设计对姿态动力学耦合特性的影响展开分析研究。首先根据Routh准则给出了飞行器的纵向静稳定区域,并讨论了配平攻角与活动体配置参数间的关系。对飞行器系统的动力学耦合分析结果表明,活动体偏转在控制滚转姿态的同时会对偏航姿态产生影响,进而造成控制精度的下降,甚至导致不稳定的飞行状态。为了在飞行器结构参数的优化设计中提高飞行器的控制性能、最小化飞行器滚转机动对偏航通道的影响,采用多尺度法对活动体偏转与飞行器偏航姿态运动构成的耦合非线性动力学系统在不同构型参数下的稳态解析解进行幅频响应特性分析,并给出考虑滚转偏航耦合约束下的大质量比滚控式变质心飞行器构型设计方案。

变质心飞行器伺服机构模糊PI控制技术研究

概述了飞行器质心调节机构的技术特点,针对某质心调节机构的伺服控制需求,设计了一种模糊PI控制器,建立了质心调节机构数学模型,完成了仿真分析与实验研究。仿真与实验研究结果表明,模糊PI控制器结合了PI控制器高精度和模糊控制器控制快速、适应性强的特点,使系统具有较快的响应性能和较高的控制精度,同时有较强的鲁棒性。研究成果对于提高变质心飞行器的机动性能有着重要的意义。

单滑块变质心再入飞行器分岔特性

基于非线性动力学模型,给出了单滑块变质心再入飞行器的平衡点及其稳定性随滑块偏移距离的变化规律,得到了系统分岔图,并在此基础上求解了典型条件下各吸引子的吸引域。结果表明滑块偏移距离对再入飞行器的平衡点数量及稳定性具有明显的影响,同时初始飞行条件对飞行器的最终收敛状态也具有重要的影响,不合适的初始条件有可能导致飞行器被锁定在不期望的平衡点或极限环中,从而引起失速或失控等问题。此外,通过分析不同系统参数下的分岔图变化规律,总结了再入飞行器结构及气动参数对系统分岔特性的影响,进而为系统参数的设计提供了参考。

基于稳定性分析的变质心再入飞行器布局参数设计

为更加合理地设计变质心飞行器的布局参数,结合白杨M导弹的相关公开参数模拟构造了类似的一个钝形再入弹头,并利用CFD-FASTRAN软件计算了其气动参数;对置有纵向单滑块变质心飞行器动力学模型进行线性化处理,并基于李雅普诺夫直接法对飞行器进行稳定性分析;基于稳定性分析结果给出特征参数径向质量块的轴向坐标l1及质量块与系统的质量比1等特征参数的优化设计范围。结果表明:对于不同的质量比1,滑块的轴向安装坐标l1的取值范围会有相应的限制。只有当1,l1选在合适的范围内,才能保证飞行器的运动稳定性。

变质心再入飞行器自抗扰控制器设计(英文)

再入飞行器采用变质心控制不但可以保持较好的气动外形,还町以增大机动能力,但变质心控制较强的非线性和耦合性大大增加了控制系统设计难度,使控制器设计和实施的代价较高。针对这一问题,基于自抗扰控制技术,设计了变质心再入飞行器双通道解耦控制器。通过构造连续光滑扩张状态观测器,不加区分飞行器的各类干扰与耦合,对其统一进行估计:利用非线性状态反馈控制律,并自适应调节控制参数对其进行补偿,实现对飞行器姿态的解耦控制。仿真结果表明:该方法大大降低了对系统模型精度的要求与控制器设计实施代价,对变质心再入飞行器非线性、耦合性以及参数摄动具有较强的鲁棒性。

变质心再入飞行器过载控制系统的反演设计

针对某型助推滑翔飞行器的变质心复合控制模式,在现有俯仰-偏航通道非线性数学模型的基础上,建立了变质心飞行器的过载控制模型。利用反演控制技术,设计了变质心飞行器过载控制系统的控制器,进而通过控制过载达到控制姿态的目的,该设计方法能够简化飞行器结构,具有工程实践意义。最后通过仿真验证了该方法的有效性。

变质心控制飞行器建模技术及运动机理研究

以单质量块滚转通道变质心控制再入飞行器为研究对象,研究变质心控制飞行器动力学建模技术及其运动机理。基于牛顿力学建模法及多刚体理论建立了变质心控制再入飞行器动力学模型,并对因质量块运动产生的力矩进行了分析。仿真结果表明,由质心偏移引起的附加气动力矩是变质心控制的主导控制力矩,且质量块的不同安装位置及质量比将影响控制性能。