无人机零长发射影响因素分析及控制律设计

针对无人机零长发射的安全性问题，首先，根据单发夹角式火箭助推方式和某无人机特点，建立了其零长发射起飞的非线性六自由度运动模型；然后，仿真研究了发射角、火箭安装角、重心和火箭推力线偏差、火箭作用时间，以及常值风干扰等因素对起飞安全性的影响；最后，设计了基于姿态角反馈的起飞控制律和控制策略。仿真与试飞结果表明：影响零长发射起飞安全的主要因素是火箭推力线偏差和侧风干扰；通过选择合适的发射参数并严格控制其误差范围，尽早启控舵面参与姿态控制增稳补偿力矩扰动，可提高无人机零长发射起飞安全性。     

无人机发射过程建模与控制方法研究

考虑火箭助推器的推力和螺旋桨发动机产生的反扭矩对起飞过程的影响,建立了无人机发射过程的非线性数学模型。针对无人机在火箭助推起飞过程中存在的安全隐患,在飞行控制律中设计了针对升降舵的抗饱和补偿器。利用线性矩阵不等式理论,分析了该补偿结构的闭环稳定性,并给出一种抗饱和补偿增益的计算方法。最后,通过对零长发射过程进行非线性模型数学仿真,验证了该补偿结构的有效性和可行性。     

小型固定翼无人机零长发射参数安全边界研究

针对小型螺旋桨无人机零长发射仿真需求,建立了完善的发射仿真数学模型。助推火箭安装角关系到无人机发射安全,是无人机推力线吊挂工作中最重要的调整参数。结合某型无人机,实例仿真了助推火箭推力线纵向、侧向偏离重心等各种工况的发射过程,确定了火箭安装角偏移量安全边界,可作为实际推力线吊挂工作的依据。     

影响螺旋桨式无人机安全发射的诸因素

根据无人机的零长发射原理,通过多个型号的发射仿真计算和发射试验分析,详细探讨了影响无人机安全发射的固有参数和外部参数,总结出影响螺桨式无人机安全发射的主要因素有：单发螺旋桨的反扭矩,火箭推力线相对重心的位置,火箭安装角,机体发射角,舵机死区及发射环境等。最后,以发射安全高度、速度、过载为约束条件,给出了火箭总冲、推力线位置、火箭安装角、机体发射角、发射风向和风速等参数的确定方法,该方法对保证无人机     

基频降低对火箭点火起飞动响应的影响分析

为了分析有效载荷基频降低对火箭发射时箭体的动响应的影响规律,将不同的有效载荷基频引入到运载火箭纵向有限元模型中,通过改变有效载荷基频,计算箭体在发射阶段受到冲击载荷时的瞬态动力学响应,并找出有效载荷以及星箭界面处随发动机推力变化的加速度、单元力等响应时程的变化规律.结果表明：有效载荷基频降低对发射时箭体的动响应有一定影响,有效载荷位置的加速度响应受到的影响较为明显,有一定程度地增加,其对星箭界面处载荷的影响则较小.     

空中发射航天飞机

当今航天飞机垂直发射,必须克服极其沉重的自身重量才能飞起来,所以要求其火箭发动机的推力十分巨大,但相应的能量损失率也非常大,导致其效率极低。使用平台式飞机驮载航天飞机水平起飞,在空中投放发射,不但将初始的发射高度提升了10千米,更重要的是,为其提供了一个非常宝贵的水平初始动量,从而大大降低了航天飞机对总推力的需求,也就意     

垂直发射巡弋飞行器总体设计方法研究

垂直发射巡弋飞行器采用由固体火箭发动机与涡喷发动机组合而成的动力系统,飞行器与动力系统一体化设计更为复杂。本文提出双质量迭代算法,通过装药质量与燃油质量的迭代计算实现垂直发射巡弋飞行器总体参数初步设计,对飞行器与动力系统的一体化设计问题进行研究,基于典型任务剖面分析了关键设计参数对于飞行器总体性能的影响规律。结果表明,飞发集成引起的涡喷发动机推力损失系数和固体火箭发动机推重比均会对飞行器总体性能产生重要影响,当推力损失系数在0.2以下时,该系数每提高0.05,起飞质量增大约3%,涡喷发动机的最大推力指标提高约5%。在总体方案设计时应尽可能降低涡喷发动机推力损失系数,并将固体火箭发动机推重比控制在4～8的范围内。     

电磁线圈发射器垂直发射过程建模与仿真

根据同步感应线圈发射器工作原理,建立了用于垂直发射大载荷的电磁线圈发射器数学模型;以5级发射器为例,对其垂直发射过程进行了动态仿真,得到了放电回路中的电流、发射组件所受电磁力、速度及位移等参数随时间变化的特性曲线。结果表明:电磁线圈发射器(EMCL)垂直发射大载荷过程中载荷的加速过程比较平稳,电流的变化率相对较缓,为几十ms量级;发射组件速度对自身所受电磁力影响较大,随着速度增大,发射组件受到的电磁推力有所下降;随着驱动线圈级数增多,各级驱动线圈放电控制难度加大。但相比电磁线圈炮的超高速发射,EMCL用于低速发射大载荷过程的馈电控制要简单很多。     

采用纵横扭一体化建模技术分析火箭牵制释放过程动响应

分析火箭在释放过程中的动响应是将牵制释放技术运用到我国大推力火箭中的关键技术之一。采用纵横扭一体化梁模型分析火箭牵制释放动响应,将发射台对火箭的影响简化成相应的载荷和边界条件,采用分段计算的方法,把发射过程分成点火前的静止、点火后的牵制以及释放三阶段,计算了每个牵制点的牵制力变化规律,以及释放过程箭体上不同部位的动响应特点,并建立了相应的三维模型,进行对比论证。结果表明：纵横扭一体化梁模型在分析整体响应特性时模型简单,精度较高,可用于设计前期的初步分析。     

单发夹角式火箭助推发射起飞仿真技术研究

通过分析某型单发夹角式火箭助推发射无人机从助推火箭点火到爬升至安全高度的运动过程,建立了某型无人机发射起飞全阶段的动力学模型,运用Matlab编写了发射起飞段的飞行仿真程序。仿真结果与实际飞行结果对比分析表明,仿真预测的结果与该型无人机的实际飞行结果较为吻合。此外,探索了一种准确、快速地确定非标状态下安全发射包线的方法,提高了仿真程序的通用性和快速性。     

工业

“猎户座”宇宙飞船发射升空 12月5日，美国新一代“猎户座”飞船在卡纳维拉尔角航天中心由德尔塔Ⅳ重型火箭发射升空，执行首次无人测试飞行任务。德尔塔Ⅳ重型火箭是目前推力最强劲的运载火箭之一，美国航空航天局（NASA）也正在研发专用于“猎户座”飞船的新型大推力火箭。     

再燃室布局对基于固体火箭引射式发动机性能影响研究

为了降低靶机的生产成本,提高靶机发动机的推重比,建立了基于固体火箭引射式组合发动机模型,其结构包括固体火箭与再燃室,两者之间的布局可分为固体火箭内置式和固体火箭外置式,为了优化发动机布局结构,采用再燃室定量加热方法模拟发动机工作过程,分别对内置式及外置式布局发动机进行了数值计算。计算结果表明:在相同的入口引射面积条件下,随着加热量的增加,内、外置式发动机引射效率都降低,内置式布局发动机推力基本不变,外置式布局发动机推力逐渐增大,具有较高的推力及推力增益(最高达到39.3%);由此可知,外置式发动机具有更好的推力性能。为了进一步优化外置式布局发动机,分别计算了引射口尺寸L与固体火箭出口直径D之比(L/D)为1/6,2/6,3/6,4/6,5/6,6/6的六种工况。结果表明:随着L/D从1/6增大到6/6,引射效率、推力及推力增益呈现先增大后减小的趋势,在L/D为4/6时,发动机引射效率和推力达到最大,此时发动机性能最优。     

美计划研制大推力火箭

美国太空探索技术公司4月5日宣布,该公司正在研制＂猎鹰重型＂大推力火箭,其发射载荷能力可达航天飞机的2倍多,发射成本却大大降低。这种火箭一次可以将53t的物资运往轨道,比满负荷的波音737可装物资的重量还要大。＂猎鹰重型＂火箭是除了实施登月的＂土星＂Ⅴ号运载火箭之外,运载能力最强的航天器,     

基于全方位发射的反坦克导弹关键技术研究

针对基于全方位发射的反坦克导弹,介绍了国内外对于垂直起飞-快速转弯技术、大迎角飞行技术及制导控制系统设计等若干关键技术方面的研究现状.研究表明,气动力/推力矢量复合控制技术是解决快速转弯的有效策略,空中自主完成全方位快速转弯是全方位发射的关键,以比例导引为基础的滑模变结构多条件约束制导律是反坦克导弹制导控制的研究方向.在此基础上,分析了反坦克导弹滚转飞行和大迎角飞行过程中存在的问题,给出了相应的研究方法,并从快速机动响应、复合制导、末端约束导引和指控一体化等方面展望了反坦克导弹的发展趋势.     

火箭发射对塔架威胁情况建模与分析

首先分析了火箭在垂直起飞段横向漂移对发射塔架的影响,并建立了一组准确描述和计算运载火箭相对发射塔架横向(OT方向)漂移的数学处理模型,然后利用试验任务数据计算火箭在OT方向的漂移。所计算的横向漂移量为分析垂直起飞段火箭对塔架的碰撞威胁提供了有效的数据,为确定塔架结构的可靠性和提高发射过程的安全性提供了科学依据。     

大长径比固体火箭发动机旋转发射过程中装药结构完整性

以防空导弹大长径比双推力固体火箭发动机装药为研究对象,分析了导弹旋转发射出筒过程中承受的各类载荷。通过计算装药的应力-应变场,发现了装药的危险部位,进而分析了燃烧室发生高压爆炸原因。     

基于试验设计的无人机火箭助推起飞参数敏感性分析与优化

针对火箭助推起飞参数敏感性分析和优化问题,提出了田口法结合响应曲面法的试验设计(DOE)分析方法。首先,基于田口法生成正交试验表,仿真计算各试验样本下助推火箭脱落时无人机的离地高度、速度、俯仰角和俯仰角速度等响应变量,通过极差分析确定各起飞参数敏感性和重要度排序。然后,基于响应曲面法建立回归数学模型,给出起飞参数多目标组合优化和允许误差边界预测结果。最后,通过试飞验证了该方法的合理性和可行性。所提方法可为无人机火箭助推起飞参数敏感性分析和优化提供参考。     

涡轮基组合动力与火箭的耦合特性分析及匹配优化设计

基于高斯伪谱航迹优化方法,建立了"火箭辅助型涡轮基组合动力"的飞行器/推进系统匹配分析方法,针对地面水平起降、以马赫数5巡航的高超声速飞行器,以巡航航程最远为目标,完成了涡轮基组合动力（TBCC）与火箭的耦合特性分析及匹配优化设计。研究结果表明：对于可行的TBCC方案（起飞推重比为1.0）,引入合适推力的火箭有助于提升加速爬升段的总效率并降低质量消耗,且对巡航航程有着一定的提升（4%起飞重量推力火箭可增加航程0.97%）;对于不可行的TBCC方案（起飞推重比为0.8）,引入火箭不仅可实现推进系统方案的收敛,且其巡航航程相比可行的TBCC方案最多可增加7.9%。考虑到TBCC较大的"死重"和较低的单位迎面推力对巡航性能的不利影响,结构质量占比为25%的巡航型飞行器建议采用"13%起飞重量推力火箭辅助起飞推重比为0.7的TBCC "推进系统。相比之下,结构质量占比为55%的加速型飞行器建议采用" 5%起飞重量推力火箭辅助起飞推重比为0.98的TBCC"推进系统。     

基于六自由度动力学模型的火箭推力下降故障仿真

发动机推力下降会导致运载火箭质心偏移、产生推力不平衡力矩、减弱控制力等后果,导致火箭姿态和飞行轨迹发生改变,影响火箭可靠性和发射成败。针对某型捆绑火箭助推段发动机推力下降故障问题,建立了故障下的火箭刚体六自由度动力学模型,基于Matlab/Simulink软件,采用分层模块化建模思想搭建了全数字仿真模型,最后以发动机正常状态和单台发动机推力下降为例给出了仿真算例。结果表明,该仿真模型能够正确地反映推力下降故障下捆绑火箭助推段的飞行特点。     

美国防部打算再用“隼”式火箭发射有效载荷

美国五角大楼正在匆忙寻找小卫星,以便放在位于加州霍索恩（Hawthorne）的空间探测技术公司（Spacex）研制的“隼-1”（Falcon 1）火箭上,暂定于今年6月发射。这次即将来临的发射,是“隼-1”火箭的第3次飞行;该火箭大部分为私人投资,迄今为止的2次发射均未能入轨。美国空间联合作战响应（ORS）办公室决定与Space X公司签订4百万美圆的合同,