高超声速飞行器颤振抑制与试验研究

以高超声速飞行器为背景，在上一个重大研究计划培育项目的基础上，延续研究结构、气动、热以及伺服控制等多学科之间的耦合机理，建立考虑不确定性的鲁棒颤振分析方法、气动弹性响应时域分析方法和整机气动伺服弹性建模技术，探索高超声速飞行器部件及整机的颤振抑制方法，开发颤振地面半实物仿真技术，为我国的高超声速飞行器研究发展提供技术基础和人才队伍。研究内容主要包括四个方面：（1）高超声速飞行器热颤振鲁棒分析方法研究；（2）高超声速飞行器气动弹性响应数值仿真研究；（3）高超声速飞行器部件及整机颤振抑制研究；（4）舵系统颤振地面仿真试验原理及试验研究。

以高超声速飞行器为背景，在上一个重大研究计划培育项目的基础上，延续研究结构、气动、热以及伺服控制等多学科之间的耦合机理，完成了考虑不确定性的鲁棒颤振分析方法、气动弹性响应时域分析方法、高超声速飞行器部件及整机的颤振抑制方法及舵系统颤振地面半实物仿真试验这四部分研究内容。主要的研究成果包括：(1) 建立了可以考虑结构单元质量、刚度、频域非定常气动力和热不确定性的气动弹性不确定性建模及鲁棒颤振分析方法。(2) 建立了变质量弹性飞行器的弹道仿真分析方法。(3) 通过优化惯导安装位置，建立了高超声速飞行器颤振被动抑制方法。(4) 考虑到飞行器在飞行过程中结构模态特性变化的特点，提出了基于HHT在线辨识的自适应结构滤波的主动控制方案。建立了针对高超声速整机颤振抑制的主动控制律设计方法，能够有效提高颤振边界。(5) 建立了电动舵机－舵面耦合系统的气动弹性分析方法，发展了舵系统颤振被动抑制方法。(6)设计了两自由度舵机-舵面耦合系统，提出了舵系统颤振地面半实物仿真试验方法，并与舵系统风洞试验结果进行了对比。研究结果表明，舵系统颤振地面仿真试验结果与风洞试验和理论计算结果吻合较好，该试验方法精度较高、节省成本和时间，是一种新型的高超声速飞行器气动弹性试验方法。