高空环境下超远程火箭的角运动模型

为了分析火箭在高空飞行时的角运动特性,基于牛顿第二定律和动量矩定理,分别在线性气动力和非线性气动力假设下建立了同时适用高低空的火箭角运动模型,分析了模型特点及其与弹道学中角运动模型的差异。结果表明,研究火箭在高空飞行的角运动特性时,应当进一步考虑一些在低空模型中可忽略的项;非线性角运动模型不能通过将非线性气动力直接代入线性角运动模型得到,还将含有一些与迎角平方导数有关的项。所建立的新模型对分析火箭在高空环境下的角运动特性具有一定的参考价值。     

非旋转钝锥高超声速自由飞非线性角运动轨迹重构与分析

采用多阶段曲线拟合技术,对双平面拍摄风洞自由飞试验获得的高超声速下非旋转钝锥角运动观测值作了拟合,获得了与试验观测值重合度较好的拟合曲线,进而实现了对试验模型非线性角运动轨迹的重构,获得了5次试验的复攻角和总攻角曲线,并进而对非旋转钝锥非线性角运动的特点和规律进行了分析。结果分析表明：模型复攻角曲线可能逆时针方向转动也可能顺时针方向转动,甚至可能改变转动方向;复攻角曲线多呈“椭”圆锥运动,且椭圆运动的长轴在大小和方向上均可能发生变化;总攻角幅值呈振荡变化,但多呈总体上减小的趋势;由于角运动的非线性特性,同样的试验模型在不同的预置攻角情况下其角运动特性也呈现出很大的不同。     

舷外有源诱饵降落伞载荷运动仿真

对火箭发射降落伞悬降方式的舷外有源诱饵的载荷运动进行了分析。在此分析的基础上,通过在2个正交铅垂平面上的分解,建立了载荷运动的数学模型,描述了在2个正交铅垂平面上降落伞—载荷连线相对于铅垂线的角运动。利用Simulink进行了单个铅垂平面上的角运动的仿真和2个正交铅垂平面上的角运动的综合仿真。     

角运动传感器灵敏度的动态(角冲击)校准

利用本实验室现有的动态角加速度标准装置,产生标准的角冲击运动(半正弦),实现对角运动传感器(角速度及角加速度传感器)灵敏度系数的动态校准,通过对不同脉冲宽度及冲击幅值下获得的校准数据进行分析,可以验证研制的动态角加速度标准装置具有较大的角冲击量程,较好的角冲击重复性,可以对角运动传感器灵敏度进行动态(角冲击)校准。     

动态角运动校准技术综述

介绍了国际动态角运动校准技术以及研制可溯源到国际单位制的角运动一次标准装置的最新进展.     

大攻角机翼的气动弹性计算方法

 本文利用大攻角带分离流机翼的完全非定常非线性气动力计算方法,通过与机翼运动方程的同时求解,在时间域内实现了大攻角机翼非线性气动弹性的数值模拟,根据弹性机翼各种状态下的运动过程,可以得到大攻角机翼的颤振速度等重要参数以及亚临界、超临界等飞行状态的运动规律。算例结果表明,大攻角下机翼的气动弹性问题需引起足够的重视。     

基于开环补偿的飞机偏航角控制系统设计及仿真

飞机侧向姿态运动的有关侧向力、力矩具有较强耦合性,且基于副翼、方向舵对侧向运动实施控制,侧向运动这些特点必然导致侧向控制系统设计的复杂性。为设计飞机偏航角侧向姿态控制系统,首先,基于飞机侧向运动的动力学方程组,建立了飞机侧向姿态控制系统全面运动结构图;然后,在分析全面运动结构图基础上,基于开环补偿原理,设计了一种飞机偏航角侧向姿态控制系统,即通过引入交叉传动比,将滚转通道的γ信号引入偏航通道,通过调节来实现基本协调转弯的控制结构方案;最后,在Matlab平台下,对所设计的飞机偏航角侧向姿态控制系统进行了大量仿真研究。仿真结果显示,通过调节可减弱飞机滚转运动和偏航运动的耦合影响,基于开环补偿的飞机偏航角侧向姿态控制系统是合理可行的。     

三角翼作俯仰运动时水洞测力和流动显示实验研究

基于水洞中三角翼模型的动态测力和流动显示实验,讨论了俯仰运动的起始角、运动幅度和运动速率对三角翼俯仰运动时的气动特性和流动结构的影响。三角翼的气动力在俯仰运动中会产生“迟滞”或“过冲”现象。中等攻角以上,上仰运动推迟了三角翼的失速,大幅度增大了三角翼的升力系数。俯仰运动起始角和运动幅度的影响大小与其对应的静态三角翼流态有关,三角翼在涡破裂流态和完全分离流态之间作俯仰运动时,上仰时升力系数将始终高于下俯时的升力系数,运动中存在显著迟滞。迟滞的大小也受俯仰速率的影响。     

滚转和锥进运动对弹箭动导数求解的影响

现有的弹箭动稳定性导数计算通常忽略了耦合运动效应的影响,而弹箭在实际飞行中,通常同时存在俯仰、滚转以及锥进运动。为此,本文提出了基于欧拉转动定理和滑移网格技术的复杂角运动模拟方法,该方法利用著名的罗德里格斯转换矩阵插值求得弹箭在每个时间步的角速度修正值,并指定给球形滑移网格区,从而模拟弹箭俯仰滚转锥进相耦合的三自由度耦合角运动,在此基础上,通过对非定常气动参数进行求解辨识,分析了滚转频率和锥进频率对其俯仰组合动导数和升力系数动导数的影响规律。结果表明:本文提出的复杂角运动模拟方法,可有效消除姿态角计算的累积误差,实现对弹箭任意给定角运动的准确模拟;在耦合角运动状态下,弹箭气动力系数迟滞环发生明显的振荡和偏移,俯仰组合动导数和升力系数动导数均随滚转频率和锥进频率增加而显著变化,且变化规律具有非线性特性。     

基于Mahony算法的游泳运动姿态测量快速对准算法

在游泳运动姿态测量中,由于水对各种信号的吸收以及折射问题,依赖外部信息的传感器不能准确提供信息,而惯性技术由于不依赖外部信息,适合应用于游泳运动姿态测量领域.惯性姿态测量需要初始对准技术提供初值,从而计算得到游泳运动过程中的姿态.而游泳运动员起跳时间不确定,传统的初始对准算法需要较长时间才能得到一个较高精度的结果.针对这一问题,提出了采用Mahony算法进行快速对准的方法,使用MEMS九轴惯性测量单元进行信息采集,通过角速度信息计算姿态角,加速度信息修正水平姿态角,磁场强度信息修正偏航角,使用互补滤波方法对多源信息进行融合,从而快速得到惯性姿态测量的初值.实验室实验验证了姿态角水平精度可以在3s内达到角分级别,满足了游泳运动的需求,在实际运动场景下的测试也验证了算法的可行性.     

无伞末敏弹大攻角扫描运动稳定性分析

针对无伞末敏弹稳态扫描时做大攻角圆运动的特点,求取了其在一般形式赤道阻尼力矩作用下攻角方程的近似解析解。在此基础上,运用振幅平面法分析了此种情况下的运动稳定性。结果表明:与在二次方赤道阻尼力矩作用下无伞末敏弹不可能形成稳定大攻角圆运动以实现稳态扫描不同,在考虑大攻角时赤道阻尼力矩不仅与攻角大小有关,还与攻角变化率有关,且章动阻尼与进动阻尼特性不同时,弹丸所受赤道阻尼力矩为一般形式的阻尼力矩情况下,无伞末敏弹可以形成稳定大攻角圆运动,并推导出了此种情况下实现稳态圆运动应满足的条件,给出了算例,为无伞末敏弹的结构设计和气动设计提供了理论参考。     

潜地导弹出筒运动仿真

导弹的出筒运动决定了导弹水中运动的初始参数,直接影响导弹的水中弹道。通过建立潜地导弹出筒运动模型,研究导弹在出筒运动中所受到的外力以及在外力作用下导弹出筒参数的变化,分析潜艇的摇摆运动对导弹出筒速度和姿态的影响。仿真计算结果表明:潜艇的摇摆运动对导弹的出筒速度影响很小,对导弹的出筒姿态角影响较大,特别是潜艇的纵摇运动对导弹出筒姿态角的影响比较显著,且潜艇摇摆运动的周期越大,导弹的出筒姿态越接近垂直。     

四元数在飞行数值仿真中的应用

为了在飞行器运动的计算和仿真试验中避免出现奇异情况及减少三角函数计算,最好在飞行器运动方程中采用四元数来代替欧拉(Euler)角。本文介绍了四元数的性质,阐述了四元数在坐标变换中的作用和性质,并按照我国通用的坐标系和角度规定,建立了采用四元数的飞行器运动方程。最后评价了在飞行器运动方程中欧拉角和四元数的优缺点。     

周期平均控制下固定翼双旋弹角运动特性分析

针对应用在固定翼双旋弹上的一种周期平均控制方法，通过对弹体修正组件滚转角进行傅里叶变换，得到了双旋弹在周期平均控制下角运动方程的模型，进而分析了周期平均控制下固定翼双旋弹的角运动响应，并根据双旋弹角运动特性和执行机构的性能限制给出了周期平均控制角频率的设计方法。引进2种具体的周期平均控制方案作为分析对象，并通过六自由度弹道仿真进行了验证。结果表明，对固定翼双旋弹角运动响应的分析能够反映周期平均控制的特性，周期平均控制角频率的设计方法可以设计出合理的角频率。     

绳系并联支撑飞机模型绕速度矢量旋转运动设计与模拟

绕速度矢量旋转运动风洞试验是研究战斗机尾旋和大迎角复杂机动特性的一种重要手段，其中模型支撑是关键。创新性地设计了基于六自由度绳系并联支撑的旋转运动方式。提出定旋转角速度和定气流角2种旋转运动设计方法，推导得到旋转运动参数与模型位姿之间的关系式，并给出两者的关联；结合支撑系统动力学模型，设计绳长为控制变量的计算力矩控制律。通过ADMAS软件仿真和原理样机试验验证，结果表明所提设计方法可以实现飞机模型绕速度矢量变气流角定速率、定气流角变速率等复杂变参数旋转运动，且定气流角方法既能满足三自由度定耦合比关系，还能准确地模拟战斗机正飞/倒飞尾旋运动，这将为深入研究尾旋和大迎角机动特性提供技术支持。     

计算机模拟试验在矢量喷管研究中的应用

以UG和MSC／NASTRAN、MSC／PATRAN为软件平台，对中国燃气涡轮研究院提供的轴对称矢量喷管(AVEN)方案的运动机构进行了三维实体建模、运动仿真和有限元强度分析等方面的研究。通过运动学仿真模拟出了喷管的实际运动状态，分析了喷管机构运动的可行性和可控性，并对运动时各构件间的相互关系(如干涉、散度等)及运动极限状态进行了研究，得出了该运动机构的最大矢量角以及作动环偏转角与喷管矢量角之间的关系。同时利用有限元通用分析软件对关键零件进行了有限元强度校核，校核结果表明能满足强度设计的要求。     

雷达辐射式仿真的目标运动轨迹模拟问题

目标运动轨迹、特别是角运动的模拟，是雷达内场辐射式仿真系统中的重中之重，本文推导并分析说明了用球面阵天线进行这种模拟时的天线相位远场距离、方向无模糊距离、同控角闪烁方程的由来、角运动的控制误差要求、试验距离与视场角的选取等与模拟精度、技术难度和投资强度有关的一系列重要问题，为确定雷达内场辐射式仿真的建设方案奠定基础。     

飞机机体角运动引起的GPS测速误差的分析方法

提出了飞机机体角运动会引起GPS测速误差这-GPS应用中较为精细的技术问题，推演了机体角运动引起的GPS测速误差与GPS天线安装位置，机体角速度和飞机姿态角，航向角的关系，用真实参数演算分析了这种误差的大小，并通过实际工程应用验证了分析这种误差后对提高试飞结果数据的真实性，准确性的效果，最后指出，飞机机体角运动引起的GPS测速误差是GPS用于飞机测速的一项不可忽视的主要误差。     

飞机大攻角空间机动气动力建模研究

 准确的气动力模型是大攻角机动仿真与控制等飞行动力学问题研究的基础。针对纵向运动建立的非线性非定常气动力微分方程模型扩展应用于一般空间运动形式,在分析大攻角非定常流动机理和试验数据的基础上,发展了一种多自由度非线性非定常气动力数学模型,并探讨了模型辨识和参数估计问题。用全机构形的大攻角动态风洞试验数据对模型进行的验证表明所发展的气动力模型能够描述大攻角气动力主要的非线性和非定常特性。     

二维平板水漂运动数值模拟

探索平板水漂运动的流体力学现象机理对飞行器着水问题的研究有重要的参考价值。基于有限体积法和k-ε RNG湍流模型求解非定常雷诺平均Navier-Stokes（URANS）方程,采用流体体积分数（VOF）模型与速度入口造波法构造数值波浪水池,并结合整体动网格方法,完成二维平板在静水面与波浪水面的水漂运动数值模拟。在与试验值和理论值对比的基础上,讨论初始姿态角、投掷角度与投掷速度对水漂运动的影响。进一步研究不同波浪参数和波浪位置对平板水漂的影响,并从能量角度展开分析。结果表明：20°姿态角平板能以最小的投掷速度实现水漂运动;运动中平板能量的相对损失率受初始投掷速度的影响较小,主要受投掷角和姿态角作用,随投掷角或姿态角的增加而增大。波浪情况下,在上行波位置触水的平板能够获得更大的接触面积,而更长的触水时间发生在波谷处;因此,这两个位置触水的平板在水漂运动过程中的相对能量损失大,其数值变化比波峰位置大5%左右;在上行波位置触水时,平板的速度衰减与相对能量损失随着波高的增加而增大,而波峰位置则有相反的变化趋势。