吸气式高超声速飞行器分离动力学建模及仿真

李永涛，屈香菊，谭文倩

(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)

0 引言

高超声速飞行器在交通运输方面可以缩短航行时间，在航天运载方面可以节省能源、降低发射成本，在军事方面将给未来战争提供前所未有的进攻便利和防御难题，因此近年来成为国内外研究的热点［1］。吸气式高超声速飞行器是高超声速飞行器研究的一个重要领域。由于现有的动力装置很难实现吸气式高超声速飞行器的直接入轨，因此这类飞行器通常需要在载机的携带和运载火箭的助推下，在一定高度实现验证飞行器与运载火箭的分离。而验证飞行器与运载火箭分离时，由于两者处在高动压、高马赫数、高雷诺数的环境下，气动力相互干扰，使得飞行器所处的流场变化复杂。同时，在分离过程中还要保证两级飞行器之间不会发生碰撞，且验证飞行器在分离末端达到预定的飞行条件，因此带来了验证飞行器与运载火箭之间的安全分离问题［2-3］。

分离动力学建模及分析是研究分离问题的基础。目前这方面的工作大多集中于分离过程中的多体运动仿真，文献［4-10］主要针对运动体的动力学进行了描述，还没有涉及到控制需求分析和控制设计模型建立方法。为此，本文从验证飞行器纵向控制系统设计出发，研究高超声速飞行器分离过程中的纵向三自由度运动，考虑分离过程的级间气动干扰，基于运动特征分析，提出控制需求和控制策略。……