高超声速飞行器刚体/弹性体耦合动力学建模

李惠峰 肖 进 张 冉

（北京航空航天大学 宇航学院，北京 100191）

高超声速飞行器刚体/弹性体耦合动力学建模

李惠峰 肖 进 张 冉

（北京航空航天大学 宇航学院，北京 100191）

高超声速飞行器广泛采用升力体、乘波体等气动布局和轻质复合材料、薄壁结构等，导致结构振动与刚体运动频率非常接近，给飞行器制导控制系统设计带来了巨大挑战.针对该类飞行器的特点，考虑结构的横向位移，将机身前后体简化为于质心处固联的2根悬臂梁，并从统一的能量观点出发，基于拉格朗日方程与虚功原理，在纵向平面推导出适合高超声速飞行器的刚体/弹性体耦合动力学模型.通过对比耦合模型与传统刚体模型的极点分布情况，发现结构振动与刚体短周期模态紧密耦合，离心力的引入影响了高度与长周期模态，对高超声速飞行器航迹运动的作用不可忽视.最后分析了飞行速度与结构阻尼变化对耦合模型动态性能的影响.结果证明飞行速度对刚体运动模态影响显著，而结构阻尼的变化主要改变弹性模态.

高超声速;耦合模型;结构振动;拉格朗日方程

随着高超声速飞行器的出现，为节省燃料广泛采用轻质的复合材料，设计细长体、升力体等气动布局，这些因素导致结构固有振动频率的降低，于是必须考虑刚体和弹性体的惯性耦合现象［1］.特别是以吸气式超燃冲压发动机为动力的X-43和X-51，发动机对飞行条件以及气动外形提出的要求非常苛刻……