本文根据国内外先进无人飞行器的发展历程和研究现状,结合我国高超声速无人机领域的研究趋势,针对高空高马赫无人机无动力返场过程中的能量管理相关问题进行了研究。首先对无人机的本体建模分析。在初期的设计中,通过在MATLAB/SIMULINK仿真环境下对无人机本体建模,根据无人机的气动特性分析静稳定性,操纵性等相关品质。根据已设定好的飞行轨迹,对无人机的制导控制律模块进行设计,包括以下几个模块:俯仰制导指令、滚转制导指令、偏航制导指令;增稳控制律模块包括:俯仰控制增稳控制律、滚转控制增稳控制律、偏航控制增稳控制律。对控制器进行设计时,分别从纵向和横航向进行规划。在纵向制导控制中,通过跟踪航迹倾角、期望航迹线、下沉率等指导思想设计纵向控制逻辑。在横航向的制导控制中,通过跟踪滚转角、航迹偏角、横航向压线飞行等思想设计横航向控制逻辑。通过小扰动线性化对模型的线性系统进行分析,从时域和频域的角度分别观测无人机控制的品质,以设计出鲁棒性强的控制器。保证无人机有能力按照设定的航迹线安全返场。本文所研究的无人机从高空高马赫状态经过超声速、跨声速、亚声速飞行后,才进入低空域准备进场着陆。无人机整个返场着陆过程无动力,因此控制无人机的能量在合理范围内是非常重要的。针对无人机返场过程覆盖空域广,飞行任务多等特点,将无人机返场着陆过程分解为进入段、能量管理段、进场着陆段、指数拉起段等4个大阶段,无人机到达进场着陆阶段时,总能量应在合理的范围内,保证在低空中能够使用减速板控制住飞行器的速度,因此在能量管理阶段,本文结合无人机的特性详细规划出侧向S转弯的耗能方案,并验证了整个S转弯的可靠性。在无人机的实际飞行过程中,飞行器的实际气动数据与本文中使用的风洞试验相关数据必然存在误差。因此需要保证无人机在初始条件、机体结构、气动数据、大气环境存在偏差的情况下,控制器依旧有足够良好的鲁棒性,能量管理方案有足够强的调节能量的作用,保证无人机能够安全着陆。在具有实际意义的各种合理的组合下进行拉偏分析,以评估无人机的控制特性和能量管理能力。本文基于MATLAB/SIMULINK环境搭建出飞行器模型,设计出稳定性良好的控制律,并对本文提出的能量管理方案在合理假设下分别进行大阻、标称、小阻的仿真分析,同时加入风速干扰,结构性误差分析,验证了无人机具有安全可靠的返场能力。