近空間高速飛行器動穩定性研究

《近空間高速飛行器動穩定性研究》是依託中國空氣動力研究與發展中心，由趙忠良擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：近空間高速飛行器動穩定性研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：趙忠良
• 依託單位：中國空氣動力研究與發展中心

項目摘要

近空間高升阻比構型飛行器面臨十分嚴重的動穩定性問題，對機動飛行過程中的飛行安全和操縱控制帶來了嚴峻挑戰。所以，建立完整的穩定性分析理論和驗證方法非常必要。本項目直接面向近空間超聲速飛行器研製需求，發展基於非線性動力學的多自由度穩定性分析方法，建立氣動/飛行力學耦合一體化計算方法和計算軟體，以及高速風洞強迫俯仰/自由滾轉雙自由度試驗技術。針對典型近空間飛行器開展動穩定性研究，給出穩定性判據，採用氣動/飛行力學耦合一體化數值模擬研究失穩的流動機理，並通過風洞試驗進行考核驗證，對近空間超聲速飛行器多自由度耦合失穩問題形成有效的理論分析方法，為我國近空間超聲速飛行器研製提供必要的技術儲備。

結題摘要

充分利用高度20Km～100Km臨近空間，大力發展各種臨近空間飛行器已經成為當今世界各航空航天大國的一個重要趨勢。近空間飛行器在大氣層中的機動飛行能力、再入過程中的穩定性和操縱性以及落點精度控制等是其研製過程面臨的十分嚴重的動穩定性問題，都需要建立相應的非線性分析理論和判據準則，建立氣動/飛行力學耦合的一體化預測方法，發展新的多自由度動態試驗技術進行綜合評估，並結合物理分析來揭示動態現象所蘊含的機理。當飛行器在超聲速特別在高空、高超聲速飛行時，由於流動不對稱小，而氣動力取決於來流密度，所以對滾動力矩的影響可能不大，但這只是從氣動力的影響考慮。實際上，飛行器俯仰運動會產生影響滾動的附加慣性“力矩”，且該附加“力矩”與大氣的密度無關，因而在高空、高超聲速飛行時會更加顯現出來。美國高超聲速飛行器HTV-2首飛過程中出現了超出預期的側滑角（即俯仰引起耦合運動），引起機體翻滾超出了可控範圍，從而導致飛行失敗。本項目圍繞近空間飛行器動穩定性問題開展研究，主要研究內容包括：從流動方程和飛行力學方程出發，發展了俯仰振動與自由滾轉的兩自由度穩定性判據理論方法，並給出了典型近空間飛行器的仿真驗證結果；依據近空間飛行器可能出現的氣動/運動耦合運動現象，建立了氣動/運動一體化數值模擬方法，對項目組設計的近空間飛行器外形進行了數值驗證，分析了俯仰與滾轉耦合特性及其影響因素；突破了高超聲速風洞俯仰振動與自由滾轉耦合運動特性研究的試驗系統設計、控制、測量和分析等關鍵技術，首次建立了高超聲速風洞動態試驗技術，研究了典型近空間飛行器模型的俯仰單自由度動態特性和俯仰/滾轉耦合運動特性。通過上述研究，確定了俯仰與滾轉雙自由度穩定性判據理論方法，形成了近空間飛行器氣動/運動一體化的數值模擬技術和風洞驗證試驗技術，進而為近空間飛行器動穩定性研究和氣動/運動耦合特性及其機理研究奠定了技術基礎。