基于AFDX网络的飞行管理仿真系统

系统建模与数字仿真是大型客机飞行管理系统研发的重要阶段.初步建立了基于航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avionics Full-Duplex Switched Ethernet)的飞行管理系统分布式实时仿真系统模型.对飞行计划、飞行导引、轨迹预测、性能计算、综合导航、导航数据库、综合显示等核心功能进行了分析建模和算法开发.并在此基础上对飞行管理计算机、综合导航系统、自动飞行系统等仿真子系统进行了设计,在满足实时性要求的前提下,基于AFDX网络与分布式仿真结构实现了对以飞行管理计算机系统为核心的航空电子仿真系统的集成,给出了一种通用的、基于AFDX网络的飞行管理系统分布式仿真框架.仿真系统的运行结果证明:基于AFDX网络的分布式仿真结构能够有效满足实时性要求,提高网络通信性能.      

对地观测卫星总体参数多学科优化

针对对地观测卫星总体参数设计问题,建立了以对地观测性能最佳为目标的多学科优化模型,考虑姿轨控制、电源、结构、推进、有效载荷5个分系统的设计变量和相应约束条件,并考虑运载火箭对卫星设计的约束条件,通过经验公式建立分析模型.采用协同优化方法,利用外点罚函数法将系统级优化问题转化为无约束优化问题以改善协同优化系统级的数值缺陷,建立了多学科设计优化框架.计算结果表明通过优化可提升卫星的对地观测性能,验证了该方法的合理性.建模思路与优化方法可望用于更贴合工程实际的卫星参数设计.      

计算机生成兵力建模仿真支撑框架

计算机生成兵力CGF(Computer Generate Force)建模仿真支撑框架为仿真的快速开发提供支持.根据建模仿真领域的相关研究,提出组装是实现这一目标的有效途径.可组装性是对可重用能力的更高要求,需要必要的框架、知识主体、工具、技术和标准,以有效地实现仿真资源的集成、互操作以及重用.为了实现组装过程的自动化,支撑框架通过对典型CGF仿真开发过程进行分析,提出了相关关键技术,并给出了支撑框架的层次结构视图,为原型系统的构建提供了依据.支撑框架通过对模型规范的研究,实现了仿真概念模型的模板,使框架工具能以一致的方式对仿真模型进行表示和操作.      

对地观测DSS任务分配问题的CSP模型与算法

任务分配是对地观测分布式卫星系统(Distributed Satellites System, DSS)自主协作运行过程中的一个重要环节. 针对任务分配中的约束满足问题(Constraint Satisfaction Problem, CSP), 以DSS完成任务总耗能最少为原则, 构建了任务分配问题的CSP模型, 并引入MAS理论中的合同网协议, 给出模型的求解算法, 通过仿真算例对模型和算法进行了验证.      

导航卫星单粒子软错误影响建模与仿真方法

单粒子(SEU)软错误是导致卫星中断、影响卫星可用性的重要因素。针对SEU软错误在导航卫星内部的失效传播过程描述与影响评估问题,提出一种基于有限状态机(FSM)理论/Stateflow的软错误影响传播过程建模方法,阐述了构建软错误传播过程有限状态机模型的基本元素与原则,并针对导航卫星特点提出软错误影响传播与防护恢复策略的建模思路。利用Stateflow仿真得到单星可用度与平均任务中断时间,分析了多种恢复策略时间对整星可用性指标的影响;并通过构建MATLAB与STK联合仿真平台,由单星软错误传播仿真结果得到星座位置精度因子(PDOP)可用性指标,从而评估了SEU软错误在整星与星座2个层级的影响。      

Jobshop问题中动画仿真模型的 自动生成系统1)

对于给定目标，仿真过程可大致分为仿真建模、程序实现、仿真结果的统计分析三大部分.其中仿真建模是最基础的、关系整个仿真成败的环节.如果能够在仿真建模完成后自动生成相应的仿真程序，不仅可大大减少工作量，还可使工作者集中精力于仿真建模，使模型更准确、更优化.本文以Jobshop问题为例，给出了一种基于SIMAN/CINEMA软件的动画仿真程序自动生成系统，但该系统整体设计思想并不局限于SIMAN/CINEMA软件，只要做少量修改即可应用于其他仿真软件程序的自动生成.该系统可方便地生成标准的Jobshop问题的动画仿真模型程序，并可推广到其他生产管理、交通运输、邮电等领域，具有相当的通用性.     

基于合同网的对地观测资源动态协同规划方法

卫星、无人机等对地观测资源已经成为执行灾害救援、灾损评估等多样化监测任务的主要观测手段，而大规模任务的随机调整和动态执行环境是快速制定对地观测方案的核心难点。针对此问题，提出一种面向不确定环境的对地观测资源动态协同规划方法，以动态高效地制定异构观测资源的协同观测方案。首先，结合合同网协议提出一种自下而上的分布式动态协同框架，以整合空天地异构观测资源构建分布式、动态、松耦合的协同观测网络。然后，根据该协同框架提出多轮组合分配方法及优化算法以快速动态地分配大规模监测任务。最后，通过仿真实验证明，在任务持续并发的动态不确定环境中，基于合同网的动态协同规划方法在提升了约25%任务完成率的同时，降低了约20%的运行时间，实现了任务完成率与方法运行时间的平衡。      

基于稀疏地磁数据的中低纬度磁暴感应地电场的算法研究

强磁暴产生的地磁感应电流是诱发电力系统灾害性事故的关键因素,预防与控制地磁感应电流的必要途径是评估其在系统中的水平.掌握磁暴感应地电场的时空分布是评估所在区域电网地磁感应电流的基础,可为研究与防治电网磁暴灾害提供参考.在中国现有稀疏分布的地磁台观测数据基础上,建立了电离层等效球面元电流系统模型,并将其与复镜像法结合,建立了磁暴感应地电场和地磁场的计算模型.利用磁暴期间实测的地磁台站数据进行了计算,算例结果与平面波理论计算结果的对比证明了算法的正确性与有效性.计算结果可直接应用于电力系统的地磁感应电流计算,为分析电力系统磁暴灾害风险提供参考.      

导弹改造大法——另类地地弹道导弹的诞生

两伊及海湾战争期间，伊拉克装备的苏制“飞毛腿”式地地弹道导弹是其最大的“杀手锏”，虽然导弹数量不多，但却给对方造成极大的心理压力，有鉴于此，一些中小国家也意图获得此类武器，但由于美国为了自身利益而制订《导弹及其技术控制协定》，并邀请相关国家签署，限制了地地弹道导弹的扩散，但另一种可替代弹道导弹的武器却逐渐受到各国的注意，这就是将老式地空导弹改选成短程地地战术弹道导弹。[编者按]     

战斗机对地攻击作战效能分析

运用马尔柯夫过程理论,建立了战斗机攻击地面目标的战场想定和数学模型.通过分析战斗机的作战生存特征、打击能力和所使用的进攻战术以及各种战场防空武器系统的物理特性和损伤机理,评估了任务成功率、目标被毁率、飞机损失率以及与费用相关的最优战斗时间等作战效能指标.给出了战斗机对地攻击作战效能的计算实例.结果表明所建模型客观地描述了对地攻击作战的实质.     

弹道导弹在被动段轴向加速变轨弹道设计与优化

针对在被动段脉冲发动机轴向加速变轨突防弹道计算建立了飞行动力模型,通过弹道仿真计算分析了脉冲发动机点火时间和脉冲发动机工作时间对弹道的影响.脉冲发动机总冲一定时,短时间-大推力模式下导弹的射程最大.在爬升段点火时,短时间-大推力导弹能量利用最高;在下降段点火时,长时间-小推力能量利用率最高.同时提出了脉冲轴向加速变轨突防弹道优化的约束条件,并对该问题进行了优化计算,优化后的发动机质量比优化前减少了24.87%.     

双拦截弹拦截单目标边界型微分对策制导律研究

针对战术弹道导弹、高超声速巡航导弹和无人飞行器等新型具有高机动性能的防空目标,为提高成功拦截的概率,采用多枚拦截弹进行拦截。应用微分对策理论,将双拦截弹拦截单目标的末段制导问题建模为“二对一追踪-逃逸”对策模型。考虑最大加速度约束,研究了两枚拦截弹的拦截空间分解和对策空间分布,并通过仿真研究了制导律性能。结果表明：采用两枚拦截弹拦截时,脱靶量对目标机动方向的转变时间具有很好的鲁棒性。     

玫瑰扫描光学系统头罩气动热建模与仿真

在导弹高速飞行过程中，光学头罩的温度受气动热效应作用而急剧升高，会产生严重的气动热辐射效应。为研究头罩气动热对玫瑰扫描光学系统的影响，建立了基于CFD流体仿真软件的头罩温度场模型。在仿真软件对光学系统结构进行三维建模后，通过光学软件对头罩热辐射对探测器的影响进行了仿真和计算。仿真结果表明：玫瑰扫描光学系统对头罩的温度梯度较为敏感，当头罩温度非均匀分布时，探测器会接收到气动热辐射干扰信号，对弱小目标的正常探测和提取产生干扰，气动热辐射效应不容忽视。     

基于HLA的防空导弹武器系统仿真平台研究

介绍了一个以防空导弹武器系统为背景,基于高级体系结构(HLA, High Level Architecture)技术实现的包含虚拟现实技术的综合仿真平台.着重论述了该仿真平台的构成、开发过程及其关键技术,包括HLA、基于FEDEP(Federation Development and Execution Process)模式的开发过程,层次化软件结构、计算机生成兵力(CGF, Computer Generated Forces)技术、面向对象建模以及基于包围盒的碰撞检测等.     

车载冷发射系统多刚体动力学快速仿真研究

为了满足发射动力学快速分析的需要,采用多刚体动力学的绝对坐标方法以适应发射车约束复杂和变拓扑结构的特点,针对车载冷发射系统的典型结构和弹射物理过程,建立并应用了9自由度快速仿真模型。与ADAMS和ABAQUS仿真对比表明,本文计算的车架后支腿载荷偏差不超过4%,而仿真时间只有ADAMS的7.1%和ABAQUS的0.004%,能够快速有效地分析系统的动态特性。通过实例研究了发射管底座-车架支腿载荷比的动态特性和附加载荷分配因子对该载荷比均值及发射管口最大位移的影响。结果表明,发射管底座-车架支腿载荷比在发射过程中逐渐增大并达到稳定值,附加载荷分配因子决定了发射管内弹道压力载荷通过发射管底座和发射车支腿分散传递到地面的载荷分配比例,并且存在最佳附加载荷分配因子,能使弹体的弹射起动过程对系统的扰动影响最小。     

二体绳系卫星系统冲击效应动力学与试验研究

为了研究冲击效应对二体绳系卫星系统动力学特性的影响，开展了基于绝对节点坐标法的柔性绳索模型及绳系卫星系统运动特性分析研究。首先介绍了绝对节点坐标法柔索模型的建立过程，并进行了动力学仿真实验，在仿真时充分考虑了柔索的轴向刚度矩阵、弯曲刚度矩阵以及质量矩阵，可在不增加计算量的同时保留系绳真实特性。最后，搭建了三自由度的二体绳系卫星地面模拟试验系统，在规格为20 m×30 m的大型气浮平台上开展了试验验证，对末尾释放阶段和初始回收阶段系绳的张力以及子星的运动状态进行了分析。验证结果表明：地面模拟试验与仿真实验相比，系绳张力误差均在5%以内，验证了该建模方法的有效性和所搭建的试验系统的可靠性，同时为绳系卫星的未来发展和地面试验的进一步展开奠定了基础。     

空间机械臂地面仿真与测试系统设计

摘要： 根据某型号搭载的七自由度空间机械臂的测试任务,设计一套空间机械臂地面仿真与测试系统.该系统可以完成两方面的功能：一是利用空间机械臂模拟器进行半物理仿真,对空间机械臂控制线路盒的电接口和控制软件功能进行测试;二是采用吊丝卸载装置对空间机械臂真实产品进行全物理试验,对在轨任务进行地面演示验证.利用所设计的测试系统已经完成了某型号空间机械臂的地面测试与演示验证任务,目前该型号已经发射成功,空间机械臂已经成功完成在轨试验.所设计的空间机械臂地面仿真与测试系统具有较好的通用性和扩展性,可以应用于其他空间机械臂产品的地面测试.     

气动舵机高压反向直动式减压阀的设计及特性

气动舵机在防空导弹的飞行姿态控制系统中是关键部件,直接影响导弹的飞行稳定性及姿态控制能力。弹载高压气体经过减压为气动舵机提供动力,可以减小气源系统所占的空间且尽可能多地携带气体以利于提高导弹射程。针对某型号导弹,设计了一种具有锥形阀瓣的高压反向非平衡直动式减压阀,建立了该类减压阀热力学及静力分析的数学模型,并在此基础上开发了其设计校核软件。建立了基于AMESim软件的稳态及非稳态进口压力下的仿真模型,对其压力、流量特性及阀芯位移特性进行了模拟分析。结果表明:该减压阀在设计参数下具有较好的压力及流量特性,且理论计算结果与仿真分析结果吻合较好。      

导弹自主编队综合作战效能评估方法

针对导弹自主编队协同制导与控制技术的综合作战效能评估问题,引入了协同制导与控制能力等级(CGCL)的概念,并结合层次分析法(AHP)和ADC效能评估模型建立了导弹自主编队综合作战效能的分析模型,分析了导弹自主编队典型作战想定下导弹编队成员的协同突防概率、交班成功率、命中概率和毁伤概率,分析过程充分考虑了导弹自主编队作战的能力和特点,并在搭建的导弹自主编队攻防对抗综合仿真验证系统上分析和验证了其有效性,为定量地分析导弹自主编队的综合作战效能提供了快速可靠的计算方法。     

考虑射程损失的高超声速飞行器突防弹道分析与设计方法

研究了高超声速飞行器突防机动造成速度损失进而影响射程的问题。高超声速飞行器在面对拦截威胁时需要靠自身机动进行躲避,而机动躲避将会使得飞行状态产生偏离,进而影响高超声速飞行器射程。针对此问题,首先分别建立弹道式和滑翔式高超声速飞行器运动学和动力学模型,然后考虑突防机动过程中造成的速度、弹道倾角等弹道参数变化,分别对弹道式和滑翔式高超声速飞行器的射程与弹道参数关系模型进行构建,得到突防机动-射程变化关系。之后, 通过数值仿真对突防机动-射程变化二者之间的关系进行验证,结果表明弹道式和滑翔式高超声速飞行器的机动均会导致射程变化,且变化规律与理论分析基本一致,验证了所提出突防机动-射程变化模型的正确性和有效性。最后,基于突防机动-射程变化模型,针对两种高超声速飞行器分别给出对射程变化影响较小的突防机动策略,为提升飞行器飞行性能提供理论和方法基础。