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考虑气动-推进-弹性耦合的高超声速飞行器面向控制建模与分析
  • ISSN号:1000-1328
  • 期刊名称:《宇航学报》
  • 时间:0
  • 分类:V249.1[航空宇航科学与技术—飞行器设计;航空宇航科学技术]
  • 作者机构:[1]天津大学电气与自动化工程学院,天津300072, [2]天津科技大学理学院,天津300222
  • 相关基金:国家自然科学基金(91016018,61273092);教育部科学技术研究重大项目(311012);天津市基础研究重点项目(11JCZDJC25100)
中文摘要:

针对高超声速飞行器机身极易发生弹性振动,模型具有非线性、强耦合及不确定性等特点,提出了考虑气动-推进-弹性耦合的综合建模方法。首先,利用假设模态法计算弹性模态及弹性振动效应,采用斜激波和普朗特-迈耶流理论、Eckert参考温度法及一维可压缩流关系式估算气动力、俯仰力矩及推力,考虑气流黏性及机身弹性变形影响,加入了黏性及弹性振动效应,更接近于真实物理特性;然后分析了弹性振动引起的机体变形角及机身表面流体特性;并基于机理推导所获取的气动数据,利用曲线拟合方法,建立了考虑气动-推进-弹性耦合的高超声速飞行器面向控制模型。气动和动态特性分析结果表明,弹性振动改变了飞行器弹性模态及气动布局,面向控制模型降低了模型复杂度,并保留了机理模型的物理耦合特性及非最小相位现象。

英文摘要:

Considering the elastic vibration of hypersonic vehicle, and the characteristics of nonlinearity, strong couplings and uncertainty, a dynamic model for a flexible hypersonic vehicle is developed. Firstly assumed modal method is used to compute the natural frequencies and mode shapes of the flexible structure. Oblique shock and Prandtl-Meyer flow theory, Eckert' s Reference Temperature Method and 1-D flow relation are applied for estimating aerodynamic forces, moment and thrust of the hypersonic vehicle including viscous and flexible effects . Then, the deflections of vehicle body and aerodynamic characteristics on vehicle surface are analyzed. Finally, a control-oriented model of the hypersonic vehicle aerodynamic is presented by using curve-fitted approximations. The simulations show that the elastic vibration can change the flexible mode and aerodynamic layout, and the control-oriented model not only can reduce the complexity of the model, but also retains physical characteristics and non-minimum phase of the mechanism model.

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期刊信息
  • 《宇航学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国宇航学会
  • 主编:杜善义
  • 地址:北京市海淀区阜成路8号主楼306
  • 邮编:100048
  • 邮箱:yhxb@vip.163.com
  • 电话:010-68768614 68767316
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-1328
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2053/V
  • 邮发代号:2-167
  • 获奖情况:
  • 2006、2011年百种中国杰出学术期刊,2007年中国科协精品科技期刊工程,2006-2008年中国科技期刊优秀学术论文奖,2011年《中国精品科技期刊》称号
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:17670