基于火箭橇的无人机碰撞民用飞机试验技术研究

无人机碰撞民用飞机关键部位损伤程度的研究是民航领域关注的新型热点问题。本文首次提出采用 火箭橇试验评估无人机碰撞民用飞机的安全性。通过对碰撞速度、碰撞位置、无人机姿态、参数测量等进行研 究,设计碰撞技术方案,论述火箭橇的设计、弹道控制设计、强度校核和测试方案,并进行试验验证和仿真计算。 结果表明:本文设计的火箭橇碰撞试验方案是可行的,实现了单一弹道上的连续多点碰撞及多视角、全覆盖、高 稳定的全过程记录;可为后续开展同类碰撞试验提供必要的技术参考,所开展的多发次碰撞试验也为无人机碰 撞民用飞机的安全性评估提供了有效的试验数据。     

火箭橇系统的摩擦力分析与计算

根据火箭橇动态试验非线性和非定常特点，以及火箭橇与轨道的摩擦特性，对某型火箭橇系统进行了动力学分析、建模和流场数值模拟，界定了不同运动状态的动力学特点，得到了系统的气动力特性。研究结果表明:在60～90m/s速度条件下，该型火箭橇阻力系数约为0.58，升力系数约为0.003，气动力主要表现为气动阻力，升力与火箭橇自重相比相对较小，约占自重的0.5%～1.2%。同时结果表明，火箭橇运动速度是影响摩擦因数的主要因素，摩擦因数随运动速度的增大而减小。在数值模拟和试验数据基础上，确定了幂函数形式的摩擦因数计算公式，公式以运动速度为底数，系数为2.554，指数为-0.756。并在多种工况下，对火箭橇运动参数进行预测和验证，与试验数据符合良好。      

基于火箭橇的北斗动态定位精度鉴定方法

介绍了几种现有的以GPS/北斗为主要代表的卫星导航系统的动态定位精度 鉴定方法,分析了这几种方法在模拟实际使用环境、鉴定精度等方面的优缺点,提出了 一种基于火箭橇试验平台的北斗导航定位系统动态定位精度鉴定方法。该方法能够很好 地模拟北斗导航定位系统实际工作环境（速度、加速度、振动和天线角度等）,解决高 动态、高精度北斗导航定位系统动态定位精度鉴定问题,并对该方法的原理和实施方法 作了详细的论述,最后分析了该方法的不确定度及误差,并提出了改进措施。     

火箭橇运动计算算法优化与试验验证

对火箭橇试验系统进行了动力学分析,研究了火箭橇运动计算方法,在常规算法基础上对各参量计算方法进行改进,并引入了新的参量能量耗散阻力,进而得到优化算法。取四次不同速度的双轨橇车试验结果分别与常规算法和优化算法计算结果进行比较,得到:常规算法计算结果误差最小为7.67%,误差最大为37.91%,优化后算法计算结果误差最小为0.48%,误差最大为5.0%;取四次不同速度的单轨橇车试验结果分别与常规算法和优化算法计算结果进行比较,得到:常规算法计算结果误差最小为11.78%,误差最大为43.64%,而优化算法计算结果误差最小为0.11%,误差最大为5.31%。结果表明火箭橇运动计算优化算法相比常规算法能有效提高计算结果精度,计算结果对火箭橇试验设计具有一定工程指导意义。      

惯性制导火箭橇试验橇体结构减振隔振设计

主要针对惯性制导火箭橇试验中惯性测量装置力学环境要求严格的难题, 提出采用斜劈面外形控制和发动机斜置的方式对火箭橇系统进行减振处理,对减振平台 施加柔性预紧力的方式进行隔振处理,有效控制惯性测量装置在火箭橇运行过程中所处 的加速度环境。通过模拟仿真与试验验证,该方法有效地将惯性制导段切向加速度控制 在3g 以下,竖向加速度控制在4g 以下,大幅度减小试验过程中切向和竖向振动值。为 以后惯性制导火箭橇试验力学环境控制提供重要支撑。     

惯导装置精度试验火箭橇弹道设计

以9km 火箭橇试验设施为基础, 就惯导装置精度试验所需的长时、大过载 弹道条件, 提出了一种火箭橇弹道的设计方法。建立了火箭橇主动段和刹车段运动方 程, 针对火箭发动机推力、气动力、摩擦力和刹车力等主要动力学因素, 结合工程经 验,提出了选取原则和方法。以某惯导装置精度试验为背景,设计了火箭橇试验弹道, 通过试验验证,设计结果与实测数据基本一致,满足总体要求,并对其中出现的主要误 差进行了分析和评估。该研究能够为惯导装置开展精度试验奠定良好的火箭橇弹道设计 基础。     

弹用涡轮喷气发动机火箭橇试验研究

为了研究弹用涡轮喷气发动机动态启动加速过程，开展了发动机火箭橇试验研究。通过火箭橇试验，可掌握导弹发射条件下弹用涡轮喷气发动机启动加速特征，暴露发动机在启动加速方面的设计缺陷。火箭橇试验能够真实的模拟导弹发射条件，它对于弹用涡轮喷气发动机研究具有十分重要的意义。     

单轨火箭橇在轨动力特性数值分析

为系统性分析火箭橇在轨动力特性，采用三维Eluer-Bernouli梁单元对火箭橇系统进行离散，通过重构生成长程不平顺轨建立考虑轨道不平顺及滑靴磨损的靴轨非线性接触力模型，由Newmark-β结合Newton-Raphson局部迭代求解非线性动力学方程获得火箭橇在轨动力特性数值解，并通过试验验证，计算结果表明：马赫数为2的速度下火箭橇质心竖向过载峰值约为2 700g；火箭橇在轨占空比与航向速度成正比，马赫数为2的速度下竖向火箭橇在轨占空比为16%；高速段滑靴磨损量占全弹道磨损量的84%，靴轨单次接触磨损量与航向速度3次方成正比。     

低亚声速火箭橇尾流场特性分析

采用三维不可压Navier-Stokes方程和Realizable k-ε湍流模型,对低亚声速条件下火箭橇试验的流场进行数值模拟,得到了有/无护板火箭橇的流场特性,并对比分析了火箭橇尾流场与飞机尾流场。结果表明,60~90m/s速度条件下,火箭橇受到的气动阻力约为自重的4.8%~8.6%,阻力系数约为0.65,气动升力仅为自重的0.84%~1.9%,升力系数约为-0.005,动力学分析中可以忽略气动升力的影响。不同来流速度下,尾流探测区的无量纲流向速度差值小于8%,无量纲压力差值小于0.5%。低亚声速情况下,来流速度对尾流场特性的影响可以忽略。此外,火箭橇尾流场结构与飞机尾流场结构具有较好的相似性,满足相关速度条件下的动态试验要求。     

导引头火箭橇试验振动力学环境控制技术研究

针对导引头系统的特点, 从火箭橇试验系统的振动源分析, 开展导引头系 统火箭橇试验的振动力学环境控制技术分析,通过对火箭橇体结构的气动优化设计及聚 氨酯泡沫填充剂的吸振作用和硅橡胶的减振作用的组合方式相结合降低导引头系统振动 环境,并利用仿真分析和火箭橇试验验证力学环境控制系统设计的合理性。     

火箭橇结构动力学仿真分析技术研究

火箭橇系统是一种以火箭发动机为动力沿地面固定轨道高速飞行的地面试 验设备,在试验过程中,其外界激励复杂,所提供的力学环境条件较为恶劣,因此在试 验前对火箭橇结构系统进行动力学分析在火箭橇结构设计中是必不可少的。主要针对某 火箭橇减振结构平台进行动力学分析, 利用ANSYS 的动力响应分析系统对典型火箭橇 减振结构系统进行模态分析、谐响应分析、瞬态响应分析以及谱分析的仿真分析,并与 实验室结果进行了对比分析。通过以上分析可以解决火箭橇减振设计中的振动分析问 题,并对结构的减振设计提供依据。     

基于双捷联算法的POS误差在线标定方法

为了提升位置和姿态测量系统(POS)的精度,结合POS工作过程中典型的匀速直线运动,提出了一种准实时的POS误差在线标定方法。首先设计了基于双捷联算法的在线标定方案,对系统误差方程进行简化处理,求出中时期导航条件下的系统误差状态转移阵。然后根据POS的两段相邻匀速直线运动导航误差,对系统误差参数进行在线标定,并通过可观测性分析得出POS运动与系统误差在线标定效果之间的对应关系。车载试验和飞行试验结果表明,在POS正常遥感作业过程中,本文提出的在线标定方法能够有效提升系统精度。     

基于车载平台的飞行管理系统DR/GPS 导航试验验证

飞行管理系统是民用飞机的关键航空电子系统。飞行管理系统制造商有责任对飞行管理系统开展大 量的试验以验证飞行管理系统功能和性能的符合性。考虑数字验证的局限性和飞行试验验证的巨大代价,本文 利用车载平台开展飞行管理系统综合导航功能的验证,试验结果表明设计的飞行管理系统DR/GPS 导航方法能 够满足95% 的飞行时间水平方向达到0.1 海里的导航精度要求,为实际的飞行测试提供了试验数据参考。