飞机稳态尾旋平衡点的综合求解方法研究

为求解飞机稳态尾旋平衡点,推导了飞机稳态尾旋的动力学方程,并针对该方程给出了三种求解方法:作图法、数值求解法以及在前两种方法的基础上所提出的一种综合求解方法。综合求解方法首先使用作图法得出方程的所有近似解,并用稳态尾旋判据判断解是否为稳定解,然后将稳定近似解作为数值求解法的初值进行精确求解。运用综合求解方法对算例飞机进行了稳态尾旋平衡点的计算,算法收敛迅速,结果精确,表明该方法具有很好的工程应用价值。     

序列二次规划法解最优控制问题

在控制参数化的基础上结合序列二次规划算法，提出了一个数值解最优控制问题算法，求解了两个最优轨迹问题（某低速运动气垫船的控制问题，某国产运输机在风切变贯穿着陆中的运动控制问题），计算结果表明，该方法是求解受约束最优控制问题，其中包括奇异控制问题的有效手段。     

序列响应面法及其在飞机结构可靠性分析中的应用

响应面法是当前求解大型结构可靠性问题最有希望的方法之一。本文阐述了响应面法的基本思想，提出了一种与重要取样法相结合的序列响应面法，并介绍了基于这种方法的飞机结构可靠性分析程序RSM。文中给出了用RSM对一系列结构问题（包括著名的AGARD机翼模型）进行可靠性分析的结果，并通过与精确解及随机有限元计算结果的对比，指出了本文所述方法与程序的实用性。     

会议筹备的0-1整数规划

在举行大型会议时,组委会需对宾馆预定、会议室安排,客车租用这三方面问题做出合理的安排,既要满足与会代表的要求,又要使租用会议室及租车费用尽可能少。针对此问题,建立了多目标规划模型,利用分层序列法,把目标按其重要性的序列:宾馆预定,会议室安排,客车租用依次求解,在前一目标最优解集内求下一个目标最优解,并利用LINGO软件求解。     

基于混合规划策略的自由漂浮冗余机械臂减振运动规划(英文)

对自由漂浮柔性冗余机械臂系统的减振运动规划问题进行研究。首先,采用拉格朗日方法建立系统的动力学模型,并给出了减振运动规划的模型。其次,提出一种基于高斯伪谱法与直接打靶法的混合规划策略,用于求解运动规划问题。先利用高斯伪谱法将运动规划问题转化为一个非线性参数优化问题,并用遗传算法确定近似解,随后利用直接打靶法建立优化模型,将得到的近似解作为优化变量的初值,并采用序列二次规划算法求得精确解。最后,对算例进行分析,验证了基于混合规划策略得到的关节运动轨迹能够明显减小柔性臂杆的全局振动以及残余振动。数值计算的结果表明该方法对减振运动规划问题的求解是有效且稳定的。     

带约束的高超声速飞行器最优弹道的数值算法

为了准确地求解高超声速飞行器再入巡航段节省燃料的最优弹道,在直接法得到次优解的基础上,提出了全程协态估算方法。该方法不仅能精确地估算出协态变量的初值,而且能得到协态变量的曲线,特别是对于存在内点约束的问题,协态变量不再连续时,能估算出各协态的跳变量。针对带约束的高超声速飞行器最省燃料弹道的特点,利用序列二次规划(SQP)算法得到其次优弹道,并应用所提的方法估算出协态变量的初值和跳变量,由极大值原理构造两点边值问题(TPBVP),以估算结果作为初值求解得到最优弹道。仿真结果表明：在300 W/cm²的热流约束下,每个周期上最优解比稳态解节省约2.4%的燃料;另外,所提的全程协态估算方法能精确地估算出协态变量的初值和跳变量,以其作为初值有利于降低求解TPBVP的难度,使算法快速收敛到问题的最优解。     

过失速飞机纵向快速指向研究

研究了过失速飞机利用Cobra机动实现纵向目标快速指向的问题,并分析了俯仰敏捷性和推力矢量对快速指向的影响。首先建立了最短时间Cobra机动的轨迹优化模型,然后运用Legendre拟谱法将该轨迹优化问题转化为非线性规划问题,最后进行了数值仿真,对非线性规划问题进行求解。仿真结果表明,采用Legendre拟谱法能够快速得到问题的最优解,提高俯仰敏捷性和增大推力矢量,有利于加快目标指向的速度,特别是当俯仰敏捷性较差时效果更为明显。     

月面远程运输飞行轨迹优化设计

针对月球表面不同区域之间的载人或载货运输问题,设计了一种基于上升-巡航-下降模式的燃料最省飞行轨迹。首先通过求解不同飞行时间的Lambert问题确定了最佳飞行时间,并获得了对应的双脉冲解,然后利用有限推力替代两次速度脉冲,建立了非线性规划问题,求解得到了有限推力燃料最省飞行轨迹。优化设计过程中主要研究了两个主要难点:bang-bang控制与飞行高度约束。这两个问题通过推力加速度与飞行时间的数值延拓得以解决,同时揭示了月面飞行的基本原理。最后给出了3种不同应用场景的仿真算例,仿真结果表明,当飞行时间为小时量级时,上升-巡航-下降飞行模式下的优化解即为燃料最优解,如果飞行距离较远,则还需要适当增加飞行时间从而满足飞行高度约束。     

后掠飞机全机自由自由振动的矩阵初参数解法

本文研究如何应用矩阵初参数法求解后掠飞机全机自由自由振动问题,指出了几种解法。对其中一种解法导出全部矩阵公式,设计出电子计算机的程序。附有计算例题, 与精确解及试验数据作了比较。悬臂机翼及导弹弹身的振动问题只是本问题的特例。     

共面单脉冲拦截多目标问题

针对共面轨道的单脉冲拦截多目标问题,提出了一种求解拦截二、三目标的数值方法。对于单脉冲拦截二目标问题,当脉冲时刻或拦截某目标时刻给定时,通过Gibbs三矢量定轨算法,将该问题转化为求解只包含2个自由变量的非线性方程问题,通过Newton-Raphson迭代算法实现求解;进一步,考虑脉冲时刻自由,通过数值优化可得到燃料最优解。对于单脉冲拦截三目标问题,基于Lambert解将其转化为求解只包含2个自由变量的非线性方程问题,并通过数值迭代求解。两个问题求解时的迭代初值均通过Pork-Chop图法搜索得到。数值算例验证了提出方法的正确性及有效性。     

飞机最短时间上升转弯优化生成

应用奇异摄动方法，详细论述了飞机上升转弯最优轨迹的摄动解，并结合算例，具体编制了某型飞机的最短时间上升转弯最优控制软件，计算结果表明，与某型飞机性能说明书上提供的相应上升轨迹相比，该软件确定的上升转弯轨迹具有明显的省时优化特点。     

直接优化算法在快速交会组合变轨策略中的应用

快速交会远程导引段轨道机动过程中,交会时间受限、考虑测控约束的最小燃料消耗脉冲交会属于多变量优化问题,需要建立一种混合的优化算法对问题求解。建立了基于Lambert双脉冲的多脉冲快速变轨策略模型,给出一种三步串行的混合智能优化算法对模型进行求解。首先利用粒子群算法搜到全局最优解的近似解;然后以全局最优解的近似解作为二体模型的初解,用序列二次规划算法对全局最优解的近似解进行局部优化,所得解为精度较高的精确解;最后以二体模型下所得的解为初值,用最小二乘法解非线性摄动约束的快速交会问题。使用三步串行的混合优化算法对基于轨道要素的变轨策略进行仿真验证与分析。仿真结果表明,该算法能够规划出椭圆轨道到圆轨道共面、两椭圆轨道异面以及考虑测控约束情况下的快速交会轨道机动策略。     

模拟两机格斗空战的矩阵博弈方法

本文介绍数值模拟计算两机空战格斗过程的一种矩阵博弈解法。首先在两机各自极限运动范围内选择一组基本战术动作,这些基本战术动作满足飞机在三维空间内运动的质点动力学方程。然后按选定的基本战术动作和性能指标,可以计算出一个赢得矩阵。最后根据二人有限零和矩阵博弈理论,直接求两机的最优纯策略。若无最优纯策略,两机空战格斗问题便化为一个线性规划问题,借助单形法数值求解这个线性规划问题,便可求出对双方均为最优的数值解。数值算例表明,本方法是数值模拟计算两机空战格斗过程的一种行之有效的方法。     

基于预置动压的高超声速飞行器上升段轨迹设计

针对高超声速飞行器燃料最省上升轨迹的研究问题,为实现高超声速飞行器的燃料最省上升轨迹快速求解,对定动压情况下高超声速飞行器上升段轨迹特性进行了研究分析,给出了定动压情况下高超声速飞行器燃料最省上升轨迹的快速反解方法,总结分析了不同定动压下的上升轨迹特性,并在此研究的基础上提出了基于预置动压的高超声速飞行器上升段轨迹设计方法。该方法可以通过设计燃料最省的动压曲线,反解出该预置动压下的上升轨迹参数,得到一条近似燃料最省最优解的轨迹。仿真结果表明,经过解算得到的上升轨迹结果与高斯伪谱法得到的最优上升轨迹结果基本相似。     

基于混合优化的运载器大气层内上升段轨迹快速规划方法

针对运载器大气层内的最优轨迹快速规划问题,提出一种将求解最优控制问题的间接法与直接法相结合的混合优化方法。首先,基于最优控制问题的一阶必要条件,将运载器大气层内的三维最优上升问题转化为Hamiltonian两点边值问题;然后,采用直接法中能以较少的节点获得较高求解精度的Gauss伪谱法进行求解,提高算法的求解效率;最后,采用真空解析解初值及密度同伦技术,解决初值猜测与算法收敛困难的问题。仿真结果表明,混合优化算法能够准确、快速地对运载器大气层内的最优上升轨迹问题进行求解,并在计算精度与效率上均优于间接法,可应用于运载器的轨迹在线规划与闭环制导。     

飞机整体瞬态热状况的数值仿真研究

 在分析飞机内外热环境的耦合传热机制基础上，建立了描述飞机整体瞬态热状况的物理数学模型。引入壁面热流函数，将飞机蒙皮外的气动对流与辐射换热作用转化为舱内热分析的浮动热边界条件，实现了飞机内外耦合热作用的解耦计算，避免了难以实现的直接耦合求解。采用区域分解技术，将飞机整体分解为特性不同的多个求解区域。采用蒙特卡罗法求解舱内设备之间的辐射换热，采用热网络法求解设备内部及各设备之间的辐射-导热-对流耦合换热。利用该方法对某型飞机飞行过程中的瞬态热状况进行了数值模拟，获得了飞机舱内的瞬态温度场，分析了相关因素的影响，为飞机设计及相关研究提供了重要依据。     

飞机/外挂物组合体绕流的数值计算

采用嵌合体埋入方法计算带外挂翼-身组合体复杂外形的流动,将飞机/外挂物外形的流动区域分为机翼-机身和外挂物两个子区域,在机翼-机身子域上求解欧拉方程,在外挂物子域上求解全速势方程,通过两个流场的耦合迭代计算全流场的解。对C-5A飞机及某战斗机的计算表明,数值模拟与实验吻合。实现了不同子域流场使用不同方程的计算方法。     

基于全局敏度方程方法的飞机方案优化设计

针对飞机方案分析模块之间存在耦合关系,从而使方案分析需要迭代求解这一特点,采用全局敏度方程方法计算参数之间的敏度,以克服差分方法所带来的高费用和不精确问题。该方法本身具有递归和并行特点,使得其与数值优化方法结合起来特别适合于像飞机这类复杂的内部耦合系统的优化。给出了该方法与约束变尺度法结合,用于某假想的喷气教练机方案优化的简单算例以及用于某4座公务机方案优化的实例。     

基于分数阶傅立叶变换的湍流退化图像相位恢复算法研究

为克服气动光学效应对目标成像的影响,针对湍流导致的图像退化问题,将分数阶傅立叶变换引入到相位恢复算法中,由分数阶傅立叶域的幅值得到目标的自相关,进而转化为解相关问题的求解恢复目标图像。为改进解相关算法,采用最小二乘共轭梯度法解高斯-牛顿方程,有效提高了算法的收敛速度和正确的收敛概率。仿真试验结果表明该算法对湍流退化具有较好复原能力。     

确定鸟体材料参数的反演方法

针对鸟撞飞机结构耦合解法中鸟体建模问题所遇到的困难,以鸟体正撞平板数值分析得到的计算解与试验基准解的离差作为驱动演化过程的动力,基于非线性最小二乘法和外点罚函数法,将参数反演问题转化成无约束非线性最优化问题来求解,并利用ANSYS环境下的二次开发语言APDL(ANSYS Parametric Design Language),建立了参数反演系统,对鸟体材料参数进行了反演.结果表明该方法是可行和有效的.