高超声速飞行器模型线性化与控制的仿真研究(2)
1．1 研究背景及意义
高超声速飞行器有巨大的军事和经济价值，它代表着国家安全和空间利用的程度，是各个国家竞相争夺的关键技术。目前，国际上高超声速飞行器的研究处于理论和试验阶段，其中美、法等国已开发出可以投入使用的高超声速飞行器，正式进入高超声速飞行器技术研发与提高阶段[2]。而我国在近几年也设立了“空天安全重大基础问题”的课题，投入大量资金，成立专项研究小组，开始初步研究高超声速技术。
1.1.1 高超声速飞行器的发展历史
1928年，匈牙利的Albert Fono申请了一项专利，一种特别的，可以实现高超速飞行，包含现代冲压发动机所具备的所有组元的推进装置的设计。在1960年左右，飞行器航行速度还没有达到 倍音速时，先人们就开始尝试高超声速飞行器的研究[3]。几十年的高超速飞行器研发过程中，科学家们遇到了许多技术难点，虽然已取得了巨大的进步，但仍然遗留有许多问题：
•高度完善的飞行、推进以及热控制系统设计和材料；
•机体-发动机一体化技术；
•智能机载制导，优化飞行器性能并能供人们任意使用；
•在特定飞行器运行模式下的规定的驾驶控制；
•高超声速实验技术；
只有成功解决耐高温材料问题，高超声速吸气式推进系统问题，以及先进的制导，导航和控制的技术挑战，上世纪90年代末期才能迎来高超音速航天航空时代。尽管现在还有如此多的难题，但考虑到高超声速飞行器具有：
•灵活快速准确的飞行操作能力；
•更低成本；
•及时准确进入太空能力；
•重复入轨能力；
•高速空气传送（高超音速航天航空运输）；
•可重复使用[4]；
综合以上优点，同时考虑它对于国家安全、占领空间的巨大军事意义及潜在的经济利益，所以世界各航空航天大国争先恐后对其研究[5]。高超声速飞行器的技术发展曲折坎坷，可这技术潜在的使用价值和应用领域吸引着更多的国家加入这项技术领域，相信在未来，高超声速飞行器会在各个国家以不同的面孔发挥它真正的作用。
1.1.2 高超声速飞行器研究现状
1．2 高超声速飞行器关键技术
涉及众多学科的高超声速飞行器的研究非常复杂，根据它的结构设计：气动布局、推进系统和内部布局设计，加上近年来又增加考虑的辅助动力和热防护系统设计。对应地，它的关键技术也就有：推进技术、发动机和机身一体化设计、发热结构和材料技术、制导技术等。
气动布局设计主要是针对机身的设计。高超声速飞行器普遍采用机身-推进器一体化设计。考虑到飞行器的高速飞行，空气对飞行器的阻力急剧上升，这就意着我们只能将发动机与机身连成一体，形成高度流线形外形以期能降低空气阻力。
不同速度的高超声速飞行器必然需不同的推进系统，推进系统设计就是为了满足飞行器的速度需要。目前，高超声速临近空间飞行器的动力一般采用超声燃烧冲压发动机+火箭发动机或涡轮喷气+冲压喷气+火箭发动机组合动力方式，其中超然冲压发动机的研制还存在许多问题[9]。
高超声速飞行器结构设计的基础便是耐高温、抗腐蚀、坚硬且质量小的结构材料。目前国际上还在研究更耐高温，纯度更高的轻合金[10]。
考虑到高超声速飞行器飞行环境的特别大的随机性和不确定性，显然它是一个非线性、随时变化以及模型不确定的复杂的对象。再加上飞行速度和再入姿态等条件限制，飞行距离、飞行时间和各种元素的累积误差造成了制导和控制系统的设计困难。