2009年4月29日
当喷气机的飞行速度比声音速度快时，一个小错误可能会将其撕裂。
而且，当喷气机如此实验以至于必须无人飞行时，只有计算机控制系统才能驾驶。
俄亥俄州立大学的工程师设计了可以做到这一点的控制系统软件 - 通过适应飞行过程中不断变化的条件。
几十年来，政府机构一直在开发比现在更快的车辆。最新的超音速燃烧挡板（称为scramjets）燃烧燃料的空气，并且有一天可以在几个小时内将人们带到空间或世界各地。
NASA的X-43 Hypersonic Jet最近的成功刺激了这些车辆的控制系统的研究，丽莎·菲奥伦蒂尼（Lisa Fiorentini）是电气和计算机工程博士生俄亥俄州立大学。
她和副教授安德里亚·塞拉尼（Andrea Serrani）正在与俄亥俄州赖特 - 帕特森空军基地的美国空军研究实验室（ARFL）合作开发新的控制系统。
在本期的指导，控制和动态杂志，他们报告说，他们的控制器在飞行操作的计算机模拟中完美地执行。
菲奥伦蒂尼解释说，控制器都将喷气机沿其轨迹引导，并在飞行过程中保持稳定。传感器测量诸如高度，速度和加速度之类的因素，并且控制器计算是否需要进行任何调整以保持喷射稳定并保持稳定。然后，执行器执行控制器的命令 - 例如，如果需要加速，则限制发动机。
她说：“因为这些车辆现在是没有人的，所以我们必须提前准备一切 - 预计所有可能的机上活动。”
“而且控制器必须非常快地工作。在声音速度的10倍时，如果您只输了一秒钟，那么喷气式飞机就已经远远遥远了。”
Serrani解释说，它使俄亥俄州国家控制系统与众不同的是，它允许灵活性：它适应飞行过程中变化的条件。
他说：“我们方法的真正非凡的特征是，我们使用高度复杂的控制器考虑了我们稳定性分析中基于物理的车辆模型。”
Fiorentini补充说，大多数其他研究团队都通过非常简化的计算机模型来构建其控制器。
她说：“由于我们正在与赖特·帕特森（Wright-Patterson）合作，因此我们可以使用该飞机可用的最复杂的模型。”
他们正在与航空航天工程师Michael A. Bolender合作，ARFL的高级航空航天工程师David B. Doman以及俄亥俄州立大学航空航天工程助理教授Jack McNamara。
俄亥俄州立工程师得出了描述Scramjet的飞行动力学和行为的方程式。然后，考虑到赖特·帕特森（Wright-Paterson）的合作伙伴的车辆模型，他们创建了一套算法，最终可以内置在Scramjet的板载计算机中。
当今的实验性击球手不仅是超音速 - 这意味着它们的飞行速度比声音速度或马赫1马赫（Mach 1）快，而且是高音，这意味着它们在5马赫上飞行或更快。2004年最新的X-43航班接近10马赫（Mach 9.8或每小时7,546英里）的速度。
在飞行过程中，Scramjets的形状是从大气中从大气中挖出的，以点燃已经船上的氢燃料。这消除了对重型外氧气罐的需求，并使Scramjets比典型的火箭弹携带更多的货物。
NASA探索了Scramjets作为航天飞机前往国际空间站的继任者。X-43项目于2004年关闭，因为航天局将其优先事项转移到月球上。
但是这项技术仍在军事和商业部门的开发中。Scramjets可以向移动目标传递导弹；他们还可以在不到一个小时的时间内将人们带入世界一半。
在这项研究中，工程师模拟了两种飞行情况。在首先，更简单的情况下，Scramjet必须在不到六分钟的时间内从水平飞行爬到13,000英尺。在一个更复杂的操作中，它必须从水平飞行中偏离几个程度，然后在大约四分钟内爬上25,000英尺。
在这两个模拟中，研究人员都记录了控制器的跟踪错误，因为喷气式飞机执行了操纵。然后，他们使用以前开发的控制器将结果与模拟进行了比较 - 其中没有内置的自适应功能。
例如，在更简单的机动中，较旧的非自适应控制器的最大高度跟踪误差刚刚超过40英尺。新的自适应控制器的最大相应误差小于2英尺 - 这是20倍。
对于更复杂的操作，非自适应控制器失败了 - 模拟喷气机旋转失控，并在不到四秒钟内坠毁。新的自适应控制器能够将喷气机引导到其新高度，而无需发生任何事件。
俄亥俄州和AFRL工程师正在继续完善控制器。菲奥伦蒂尼说，下一个改进将增加一些安全限制。她解释说，Scramjets需要维持发动机的适量气流，如果它们升高得太快，则发动机可能会停在空中。
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