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高超声速飞行器动力系统建模与仿真试验研究

作　者: 胡鸿炜
导　师: 罗世彬
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 高超声速飞行器 飞行仿真 发动机推力建模 全数字仿真 半实物仿真
分类号: V216.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 201次
引　用: 1次
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内容摘要


论文采用数学仿真和半实物仿真的方法系统地对轴对称和升力体两种构形的高超声速飞行器动力系统故障、偏差等问题开展了仿真研究,通过大量的飞行仿真试验评估了动力系统有关问题对飞行试验的影响,同时也为动力系统和控制系统的研制和改进提供了依据。对轴对称高超声速飞行器动力系统可能存在的问题开展了仿真研究,评估了其对飞行试验的影响。主要研究的动力系统有关问题有:点火冲击干扰、发动机故障、点火时刻偏差、发动机设计参数偏差。对升力体高超声速飞行器动力系统可能存在的问题开展了仿真研究,评估了其对飞行试验的影响,主要研究的动力系统有关问题有:发动机工作状态转换、点火冲击干扰、发动机故障。完成了动力系统的建模工作,分别建立了轴对称和升力体两种高超声速飞行器的发动机推力模型,对于轴对称飞行器建立了推力关于攻角、侧滑角、高度、马赫数的插值模型,对于升力体飞行器则采用回归建模的方法建立了推力关于飞行攻角变化的回归模型。

全文目录


表目录  7-8
图目录  8-10
摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章 绪论  12-21
  1.1 研究背景和意义  12-13
  1.2 国内外高超声速飞行器的研究综述  13-16
    1.2.1 美国的高超声速飞行器研究  13-15
    1.2.2 其他国家的高超声速飞行器研究  15-16
    1.2.3 国内高超声速飞行器研究  16
  1.3 飞行仿真技术的发展综述  16-19
    1.3.1 半实物仿真技术的发展综述  16-17
    1.3.2 高超声速飞行器仿真技术的发展综述  17-19
  1.4 论文的主要研究内容  19-21
第二章 试验系统与研究方法  21-37
  2.1 试验系统  21-24
    2.1.1 高超声速飞行器半实物仿真系统  21-22
    2.1.2 仿真模式  22
    2.1.3 各模式下仿真结果对比分析  22-24
  2.2 数值仿真方法  24-27
    2.2.1 发动机冷通流仿真算例  24-25
    2.2.2 发动机点火燃烧仿真算例  25-26
    2.2.3 发动机推力计算  26-27
  2.3 回归建模方法  27-28
    2.3.1 回归分析与回归建模  27
    2.3.2 回归方程的显著性检验  27-28
  2.4 弹道仿真模型  28-36
    2.4.1 坐标系定义  28-30
    2.4.2 坐标系转换矩阵  30-31
    2.4.3 质心动力学方程组  31-34
    2.4.4 质心运动学方程  34
    2.4.5 绕质心转动动力学方程  34-35
    2.4.6 绕质心转动运动学方程  35-36
  2.5 小结  36-37
第三章 高超声速飞行器发动机建模  37-47
  3.1 轴对称高超声速飞行器发动机建模  37-41
    3.1.1 样本点的选取和推力值计算  37-38
    3.1.2 样本点数据分析与数据扩展  38-40
    3.1.3 发动机推力建模  40-41
  3.2 升力体高超声速飞行器发动机建模  41-46
    3.2.1 样本点的选取和推力计算  41-42
    3.2.2 发动机推力建模  42-46
  3.3 小结  46-47
第四章 轴对称高超声速飞行器动力系统问题仿真研究  47-70
  4.1 飞行控制策略  47-48
    4.1.1 飞行器动力验证段控制精度要求  47
    4.1.2 基本控制方案  47-48
  4.2 点火冲击干扰对飞行试验参数的影响分析  48-54
    4.2.1 点火冲击干扰等同于推力值的瞬间变大  48-52
    4.2.2 点火冲击干扰等同于角速率的瞬间变化  52-54
  4.3 发动机故障对飞行试验参数的影响分析  54-59
    4.3.1 发动机模块故障  55-56
    4.3.2 发动机模块故障的同时气动力、气动力矩存在偏差  56-58
    4.3.3 发动机模块故障的同时推力角度存在偏差  58-59
  4.4 点火时刻偏差对飞行试验参数的影响分析  59-62
    4.4.1 全数字仿真  59-60
    4.4.2 舵机不在回路的半实物仿真  60-61
    4.4.3 舵机在回路的半实物仿真  61-62
  4.5 发动机设计参数偏差对飞行试验参数的影响分析  62-68
    4.5.1 推力角度偏差对飞行试验的影响  62-64
    4.5.2 推力作用点位置偏差对飞行试验的影响  64-65
    4.5.3 发动机各项设计参数同时存在偏差的综合影响分析  65-68
  4.6 小结  68-70
第五章 升力体高超声速飞行器动力系统问题的仿真研究  70-84
  5.1 飞行控制策略  70-71
    5.1.1 飞行器动力验证段控制精度要求  70
    5.1.2 基本控制方案  70-71
  5.2 发动机工作状态转换对飞行试验的影响分析  71-76
    5.2.1 从进气道关闭到进气道开启状态转换的影响分析  71-72
    5.2.2 从冷通流到点火工作状态转换的影响分析  72-74
    5.2.3 发动机从点火工作到关机状态转换的影响分析  74-75
    5.2.4 进气道状态转换的干扰影响分析  75-76
  5.3 点火冲击干扰对飞行试验的影响分析  76-80
    5.3.1 点火冲击干扰等同于推力值瞬间变大  76-78
    5.3.2 点火冲击干扰等同于角速率的瞬间变化  78-80
  5.4 发动机故障对飞行试验的影响分析  80-82
    5.4.1 单模块发动机故障影响分析  80-81
    5.4.2 多模块发动机故障影响分析  81-82
  5.5 小结  82-84
结束语  84-86
致谢  86-87
参考文献  87-90
攻读硕士学位期间所发表的论文  90

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 基础理论及试验 > 航空器地面试验 > 各种试验设备和仪器
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