一种改进的运载火箭迭代制导方法

为提高运载火箭在大气层外当推力出现故障条件下制导算法的最优性、鲁棒性和适应性,提出了一种改进的迭代制导方法。该方法以基于最优控制理论推导的解析形式作为最优控制解,并推导出以5个轨道根数作为终端约束的横截条件,增强了算法的最优性;迭代过程中采用高斯-勒让德方法计算推力积分,并采用球极坐标系下泰勒多项式逼近方法计算引力积分,提高了故障模式下算法的积分精度;该算法采用降维迭代求解模式,并结合对控制变量的合理限幅,保障了推力故障条件下算法的实时性和收敛性。分别基于蒙特卡洛打靶和推力故障条件下进行仿真验证,结果验证了所提方法具有较强的最优性、鲁棒性和故障适应能力。     

具有学习效应的单机可控加工时间排序问题研究

在经典排序问题中，工件的加工时间往往是一个常数，但在现代生产过程中，工件的加工时间受许多因素的影响。因此，研究工件具有学习效应的单机可控加工时间排序问题，其中工件的加工时间是其所在位置的函数，且与加工时间的控制变量有关。目标是求出最优的加工时间控制变量和最优的排序使得目标函数最小，目标函数包括极小化时间表长与控制费用的和、极小化总完工时间与控制费用的和、极小化总完工时间偏差和与控制费用和。证明他们都能转化为指派问题，从而多项式时间可解。并给出数值例子来说明问题是如何求解的。     

三体模型下二维平面地月转移轨道设计与特性分析

为提高地月转移轨道搜索速度和提供精确的初值猜测,在三体模型下研究了双脉冲地月转移轨道的快速设计方法及其轨道特性。首先基于三体模型建立了地心旋转系下地月转移轨道系统模型,选择物理意义明显的地月转移加速速度增量和地心旋转系对准角作为控制变量;其次在二体模型假设下给出控制变量的初值估计方法,提出了不同运行方向地月转移轨道的搜索策略,并采用序列二次规划算法对4种类型地月转移轨道进行求解,分析其控制变量差异;最后分析了转移时间、近地点高度和近月点高度对地月转移轨道的影响,以及月球引力对二体模型下初值估计的修正量。仿真结果表明,本文提出的设计方法能快速准确地搜索出指定类型的地月转移轨道,同时其轨道特性分析结论可为后续月球探测任务地月转移轨道选择提供依据。     

考虑敏捷性的过失速机动优化研究

建立了考虑敏捷性的过失速机动优化模型 ,取飞机的滚转、俯仰转动角速度为控制变量 ,代替了传统的以迎角、速度矢滚转角为控制变量的优化方法 ,使得优化的结果能在一定程度上反映飞机的敏捷性。用罚函数处理约束条件 ,用共轭梯度法对飞机的最短时间 1 80°航向转弯进行了寻优计算 ,优化结果接近于六自由度仿真结果     

基于均匀设计法的涡轮叶栅水滴型前缘修型结构的数值优化研究

为了最大程度地降低端区二次流对涡轮叶栅带来的流动损失,对某典型低压涡轮叶栅引入水滴型前缘修型结构并进行设计参数优化。首先使用控制变量法研究单一设计参数变化对流动控制效果的影响;然后基于均匀设计法,对不同设计参数组合的水滴型前缘修型结构的流动控制效果进行数值模拟,获取控制端区二次流最优的设计方案。结果表明：控制变量优化下的最佳设计方案可以使总压损失降低6.1%;均匀设计优化下的最佳设计方案可以使总压损失降低8.61%。与控制变量法相比,均匀设计法得到的水滴型前缘修型优化结构能够更大程度地降低前缘马蹄涡强度,延后通道涡到达吸力面的位置,减小通道涡对主流的影响范围,进而从流动机理层面证实了均匀设计法优化水滴型前缘修型的可行性。     

考虑多种约束的探月飞船跳跃式再入走廊优化设计

探月飞船升阻比较低,再入时为达到长的飞行纵程,必须采用跳跃式再入方式。考虑多种约束条件,对跳跃式再入走廊进行了优化设计。首先,对路径约束进行分析,根据跳跃式再入轨迹的动力学特性对轨迹进行分段,推导了关键段中路径约束间的解析关系式,并在此基础上对优化问题进行了简化;其次,对滚转角速度约束进行分析,通过选择合理的离散点个数来保证角速度约束的满足;最后,为保证结果的高精度与全局最优性,采用两层优化策略进行求解,先利用高斯伪谱法得到控制变量初值,再将初值代入直接打靶法中计算得到最终结果。仿真结果表明:路径约束分析结果与优化结果保持一致,可在一定程度上简化优化问题;对滚转角速度约束的处理简单有效;两层优化策略能使问题快速收敛到满足约束的高精度解。     

基于人工免疫算法的载人登月任务地月转移双脉冲中止策略研究彭 坤,果琳丽,向开恒,王 平,杨 雷

载人登月任务中,任务中止策略设计是确保航天员安全返回的重要基础。首先结合"星座"计划飞行方案分析了载人登月任务各飞行阶段的中止策略;其次针对地月转移巡航段进行了双脉冲中止策略设计,以速度增量数值、方位角以及变轨时间间隔为控制变量,加入轨道同向、近地点高度、偏心率以及飞行时间约束,提出双脉冲变轨计算流程;最后采用人工免疫算法对该问题进行了求解和优化。仿真算例表明,双脉冲中止策略存在多组解,其全局分布特性为:飞行时间越短速度增量需求越大;飞行时间相近时,大偏心率中止轨道对应的速度增量小;故障点离地月加速点越近,所需速度增量越小。同时也验证了人工免疫算法求解双脉冲中止策略问题的有效性。     

CFD程序验证的虚构解方法及其边界精度匹配问题

采用网格收敛分析和虚构解理论对程序验证进行了理论探索与数值实验研究,并发展完善了该方法.给出了虚构解程序验证中一种比较简单的源项处理方案;给出了虚构解程序验证中气动方程组一种通用的虚构解系数选取方法,最后用虚构解方法对二维结构网格Euler流动计算程序ARC2D进行了验证,并发现了该程序边界条件实现精度与流场内部精度不相匹配问题,并给予了修正,数值实践证明虚构解方法是一种严格稳健有效的程序验证方法,用它完成的程序验证具有较高的可信度.     

基于NSGA-Ⅱ算法的ATR发动机PI控制器多目标优化方法研究

为了使空气涡轮火箭发动机（ATR）从慢车快速、稳定和准确地加速到最大状态,以ATR发动机燃气发生器流量和尾喷管喉部面积为控制变量,采用快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ算法）建立了发动机控制器参数多目标优化方法。将超调量、稳态误差、上升时间及误差积分值四个指标以加权的形式作为目标函数,引入执行机构超调惩罚机制,建立了PI控制器参数Pareto最优解集,完成了ATR发动机从慢车加速到最大状态的动态过程仿真。结果表明,将双回路多个控制性能指标以加权的形式组合作为目标函数,可以获得均匀分布的Pareto前沿;联合应用多目标优化方法和基于熵权法的优劣解距离法（TOPSIS）,能够在双回路耦合下获得满足设计要求的ATR发动机动态特性,极大地缩短了人工整定控制器参数的时间;在加速过程中,多目标优化方法将涡轮膨胀比上升时间作为目标函数之一,与尾喷管面积开环控制动态过程相比,可以使涡轮膨胀比更早到达目标值,共同工作线远离喘振边界。     

四旋翼无人机飞行轨迹的自主导航控制

<正>四旋翼无人机系统具有多变量、强耦合性,如果把对信号响应速度不同的各个变量混杂在一起设计控制系统会引起系统不稳定,需按时间尺度将控制变量分组进行控制系统设计。有关文献运用奇异摄动理论将固定翼飞行器系统按照各变量对输入信号响应速度不同进行分组,分别设计内环、中环以及外环控制律。传统飞行运动控制一般采用航迹速度、爬升角和倾斜角作为控制变量来控制飞行轨迹。四旋翼无人机在飞行过程中,可通过调整姿态角度来控制其质心运动,质心运     

基于路径约束分析的跳跃式再入轨迹优化

对于跳跃式再入轨迹优化问题,通常的求解方法是不经任何分析直接约束动压、过载和热流密度,再加上控制变量滚转角的约束,往往使问题变得复杂而难以求解。基于跳跃式再入轨迹的动力学特性,将轨迹进行分段,并逐段分析路径约束的特点和内在联系,建立起它们之间的解析关系式,由此得到跳跃式再入轨迹优化问题中路径约束的串行施加策略。运用该策略可以在某些情况下减少路径约束的个数,降低优化问题的复杂度;选择优化方法时,为了兼顾全局最优性与高精度结果,采用基于粒子群优化(PSO)算法和高斯伪谱法(GPM)的两层优化策略。仿真结果表明,采用两层优化策略可以得到满足约束的高精度解,路径约束串行施加策略正确可行,优化计算结果与理论分析结论一致。     

基于整周模糊度精确解算的空间站伴随飞行器DGPS相对导航技术研究

研究了基于载波相位差分GPS的空间站伴随飞行器相对导航技术,建立了相对导航滤波的系统状态空间模型,并且系统状态向量中包含了GPS整周模糊度;采用扩展卡尔曼滤波EKF实现了相对导航滤波的最优状态估计,并提出了浮点解和定点解相结合的GPS整周模糊度解算方法,以提高相对导航精度。仿真结果表明,与仅采用EKF对GPS整周模糊度进行最优估计获得浮点解的方法相比,采用浮点解和定点解相结合的GPS整周模糊度解算方法,可有效提高相对导航滤波精度。     

高阶线性比例制导系统脱靶量幂级数解

脱靶量是导弹制导系统设计和评估的重要指标,对于一阶环节线性比例制导系统,可以得到脱靶量的解析解,而对于更接近实际的高阶制导系统一般得不到解析解,通常由直接仿真或伴随仿真获得;研究了高阶线性比例制导系统脱靶量的幂级数解,为脱靶量的解算提供一种新的手段。首先,构造伴随系统,假设伴随系统的解为幂级数与指数函数乘积的形式;然后,利用幂级数法给出了脱靶量的幂级数解的系数递推关系;进一步严格证明了脱靶量幂级数解的收敛性;最后针对一阶环节和高阶二项式环节等特殊制导系统,通过选取适当的指数衰减参数,得到了幂级数解系数简化的递推关系,并且一阶环节制导系统的幂级数解和解析解是一致的。在计算脱靶量时,实际用到的是脱靶量幂级数部分和,而部分和项数的确定依赖于指数衰减参数。因此,还分析了指数衰减参数对幂级数解部分和的收敛速度的影响,并给出了指数衰减参数与部分和项数的选取方法,为幂级数解的应用奠定了基础。     

非线性不平衡转子轴承系统周期解的预测

本文提出一种对非线性不平衡转子轴承系统周期解进行预测的新型算法,它利用系统周期解的稳态及瞬态信息,反解雅可比矩阵,实现对系统周期解的预测追踪,并利用反解得出的雅可比矩阵,求得系统周期解的Floquet乘子以判别其非线性稳定性。文中以刚性不平衡转子轴承系统为例,实现了周期解的预测追踪及非线性稳定性判别,说明了新算法的有效性。      

基于凸优化的再入轨迹三维剖面规划方法

可重复使用飞行器一般采用大升阻比气动外形，再入轨迹三维剖面规划方法可充分发挥这类飞行器固有的机动能力。计算量大是制约三维剖面规划应用的难题，为提高计算效率，提出了一种基于凸优化的再入轨迹三维剖面规划方法。首先，分析运动方程特性，利用定义新的控制变量、约束松弛、连续线性化等技术，将原始非凸的三维剖面规划问题转化为一个凸优化问题。其次，将指令反解步骤嵌入至序列凸化算法中，通过迭代求解凸优化子问题，获得原问题的可行解。数值仿真结果表明所提方法具有较高的求解精度和确定的收敛性质，飞行器的机动能力得到充分发挥；与伪谱法的结果对比表明凸优化方法在轨迹规划问题上具有更高的求解效率。     

航空轴承试验器力载荷装置改进方法

为提高航空轴承试验器力载荷装置的加载精度,基于已有试验平台,分析了原加载装置精度偏低的原因,并通过仿真方法予以验证,提出了针对性的改进措施。通过在加载杆中串连传感器,将力信号作为控制变量引入控制闭环,实现对力载荷的直接控制,消除了加载膜片边沿效应的影响;增加预紧弹簧使油压调节阀有效避开非线性工作区域,保证了加载装置的作动速度。经试验验证,改进后的加载装置具有较高的加载精度,且安装、使用方便。     

变质心再入弹头螺旋机动突防弹道设计

为提高高超声速变质心再入弹头的突防能力,设计了一种基于主动螺旋机动的突防弹道。在建立变质心弹头动力学模型和弹目运动学模型的基础上,引入新的控制变量,通过控制质量块的偏移位置,将速度矢量和弹目连线的夹角控制在固定值并且使速度矢量绕弹目连线以一定转速旋转来实现螺旋机动。在实现螺旋机动的基础上,推导了弹体处于螺旋机动状态下的螺旋机动半径和稳态脱靶量均方根的解析解。六自由度弹道仿真表明,所设计的突防方案使再入弹头能够进行有效的螺旋机动,通过合理控制机动幅度大小,可以在实现螺旋机动突防的同时保证较高的命中精度。     

加筋锥壳结构分析

本文将壳体微分方程的数学解算过程与其解的物理意义联系起来,结合结构力学中的力法概念,使求解的微分方程分成两组比较简单的形式;一组只求膜解,另一组只求齐次解。这种思路对于一般形式的薄壳均适合。因为锥壳在工程上应用最广,故本文以锥壳为例,列出了锥壳在各种常见的荷载下的计算公式,并应用上述的概念来解算组合锥壳的问题,使原来十分复杂的问题大为简化。     

缺损平板贴补加强后的效果

 本文在N.I.Muskhelishvili关于无限大板受集中力作用问题一般表达式的基础上,导出了用于保角变换的一般表达式。应用一般表达式,并取级数前几项作为变换关系式,获得了几个典型情况的封闭解,利用这些封闭解分析了胶贴的效果。     

物理质团法关于可压流计算的程序验证

为了评估无网格物理质团法(PECM)对可压流计算的可信性,结合物理认识对该方法的设计思想和数值格式进行了先验分析,基于9个一维模型数值解与参照解的对比信息,通过后验分析方法对PECM进行了程序验证,参照解包括无网格再生核粒子法(RKPM)的数值解以及精确解。验证结果表明:各种物理参数以及状态方程的强烈间断会导致RKPM严重的失稳或失真,而PECM在包括极大密度比在内的各种强间断条件下仍保持稳定和收敛并具有较高的准确度。