基于STK的导航星模拟及天文定位选星算法研究

导航星优选是研究天文定位导航的前提。本文结合导航恒星选星对天文定位的影响,研究提出了基于STK软件的导航星模拟方法,并针对空天飞行器对天文观测时的条件约束,结合天文导航定位对导航星的要求,构建了适合不同飞行航迹的导航星库。基于所设计的导航星库,以空天飞行器为应用对象,结合其在轨段飞行轨迹参数,基于STK软件进行了天文导航定位仿真研究。在所设计的飞行器飞行航迹参数及可见星信息条件下,针对空天飞行器长航迹飞行运动特点,设计了3种不同的天文定位观测选星方案,并研究了不同选星方案下的天文导航定位性能。最后通过仿真验证表明所提出的导航星模拟和选星方法能有效满足空天飞行器对天文导航定位的要求。     

考虑飞行品质约束的空天飞行器控制舵面设计及优化

针对放宽静稳定度条件下水平起降空天飞行器控制舵面尺寸设计难度大的问题,提出了一种基于代理模型的控制舵面—控制参数一体化设计方法。首先,基于鸽群算法构建了包含结构参数的空天飞行器气动特性代理模型,获得了气动特性参数随飞行条件、控制舵面尺寸及质心位置的变化关系,为控制舵面一体化设计提供输入。然后,设计了基于C*结构的空天飞行器纵向参考模型跟踪控制律,并将考虑飞行品质约束的空天飞行器控制舵面一体化设计问题转化成多约束条件下的多目标优化问题。并采用非光滑优化算法计算得到了同时满足飞行品质、舵面饱和、舵面偏转速率等约束的最小控制舵面及对应的控制参数。仿真结果表明,该方法能够在满足性能指标约束的前提下有效减小控制舵面的尺寸,具有较强的工程应用价值。     

先进的重复使用空天飞行器方案研究

为满足90年代及下一世纪空间开发的需要,必须研制比航天飞机更完善的反应时间短的多用途重复使用空天飞行器.美国兰利研究中心提出了11种方案,它们分属垂直起飞和水平起飞两大系列,包括单级、两级和三级等各种型号.对各个方案作了详细的分析和比较.研究的重点是飞行器的气动力和热力特性、材料、轨道和结构的最佳化,以及飞行中的有效载荷等.     

非圆截面变体头锥机构设计与运动仿真分析

设计具有变形能力的飞行器结构,通过主动改变其气动外形是提高空天飞行器飞行能力和环境自适应性的有效途径。本文提出了一种可实现单侧弯曲与多级伸展变形的空天飞行器非圆截面变体头锥机构设计方法,可独立进行头锥的多级伸展及弯曲运动,实现变体形式多样化;通过在伸展机构级间设计锁定装置,保证了头锥变形的展开稳定性。结合飞行工况,计算了头锥伸展过程中所受载荷及所需驱动力。头锥伸展及弯曲运动仿真结果论证了方案的可行性。在给定驱动模式下头锥机构的轴向最大伸展位移与体长比为0.43,伸展弯曲比可达3.5。通过分析变形过程的位移、速度及加速度变化规律发现,所设计的变体头锥机构可实现较好的运动特性和运动平稳性。     

高超声速跳跃式飞行器弹道特性分析与优化设计

对高超声速跳跃式飞行器的弹道特性与参数优化问题进行了讨论。首先介绍了高超声速跳跃式飞行器的概念与基本特征,接着详细分析了初始弹道倾角、初始速度、配平升阻比和初始质量对周跳弹道特性的影响,然后运用NSGA\|II算法实现了同时以飞行时间最短和能量最省为性能指标的弹道参数优化设计,最后通过与传统的定常巡航飞行进行比较说明了跳跃式飞行方案具有节能、快速抵达等优点。结果表明,上述方法适用于高超声速跳跃式飞行器的方案论证与初步设计。     

空天飞行器迭代制导初值生成方法研究

针对空天飞行器研究助推段牛顿迭代制导初值生成方法。采用牛顿迭代法求解助推段制导参数,推导了迭代制导算法公式。重点分析了影响收敛精度的主要因素,针对迭代初值对其有较大影响的问题,提出了将理论推导与数据插值融合的迭代初值求解算法。仿真结果表明,此算法可以实现空天飞行器助推段迭代初值与制导参数的快速生成,收敛精度满足设计要求。     

空天飞行技术创新与发展展望

首先介绍了空天飞行技术的发展历程与现状；结合各国发展经验及空天飞行器飞行特点提出了空天飞行技术面临的基础科学问题，并依据目前的技术发展情况提出了具体解决途径；阐述了空天飞行技术的未来发展方向。太空是人类的未来，“廉价、便捷、安全、机动”的空天飞行器将颠覆现有进出空间方式开辟新太空时代。     

基于多任务分析的空天飞行器综合效能评估

空天飞行器效能的评估必须与实际任务相结合才更有意义。提出了基于多任务分析的效能评估模式,实现了对任务需求具有较强敏感性的动态权重评估方法。首先构建下层神经网络法与上层层次分析法的混合评估模式,然后通过对任务内容关注度与任务阶段优先级的度量,实现任务层权重的修正。评估后的指标求解算法分析了方案的改进需求。单方案评估与多方案对比的算例表明,多任务分析效能评估不仅能够衡量空天飞行器的基本能力,而且能够充分反映其基本指标对于不同类型任务的适应程度,从而为指定任务下的指标方案论证与优化提供参考方向。     

Research on Initial Values of Newton Iterative Guidance for Aerospace Vehicles

针对空天飞行器研究助推段牛顿迭代制导初值生成方法.采用牛顿迭代法求解助推段制导参数,推导了迭代制导算法公式.重点分析了影响收敛精度的主要因素,针对迭代初值对其有较大影响的问题,提出了将理论推导与数据插值融合的迭代初值求解算法.仿真结果表明,此算法可以实现空天飞行器助推段迭代初值与制导参数的快速生成,收敛精度满足设计要求.     

基于并联协作混合遗传算法的高超声速巡航飞行器一体化优化设计研究

遗传算法能以很高的概率找到全局最优解，不需要目标函数和约束条件的梯度信息。适合于工程优化设计。为增强遗传算法的局部搜索能力，提出了一种新的融合模式搜索方法和Powell方法的并联协作混合遗传算法。研究超燃冲压发动机为动力的高超声速巡航飞行器的一体化优化设计。系统分析了机身和超燃冲压发动机设计参数对飞行器总体性能的影响。通过建立高超声速巡航飞行器质量模型、气动力估算模型、气动热估算模型、超燃冲压发动机性能分析模型、控制模型和弹道分析模型，在满足参考任务要求的前题下，以飞行器起飞质量为目标函数，将并联协作混合遗传算法应用于最优总体方案和超燃冲压发动机方案一体化设计。完成了6设计变量的全局优化计算。算例表明，本文建立的一体化设计模型基本正确，并联协作混合遗传算法是用于高超声速巡航飞行器一体化优化设计的较好的优化算法。     

空天飞行器与信息对抗

空天飞行器是航空航天领域新的发展热点,是航空航天技术和航空航天军事竞争的最新阶段。简要介绍了空天飞行器的发展并对其在军事领域的应用进行了探讨,归纳了当前空天战场中的信息对抗模式,分析了空天飞行器在未来空天战场中承担的角色和在信息对抗领域中可以起到的独特作用。     

降低气动非线性的高超飞行器总体优化方法研究

针对高超声速飞行器严重气动非线性特性给控制系统设计提出的高要求,基于推广的随控布局思想,从控制系统设计角度对高超声速飞行器总体提出气动非线性程度低的优化设计指标。引入高超声速飞行器气动非线性特性度量——非线性度的定义,通过气动工程估算建立非线性度与飞行器总体外形参数关系的表征模型,将非线性度表示为总体外形参数的函数;采用遗传算法求解以总体外形参数为决策变量和以非线性度最小为目标函数的优化问题;最终确定随控优化思想下的高超声速飞行器总体优化策略。算例分析表明,本文提出的总体随控优化方法对于改善高超声速飞行器的气动非线性特性简单有效。     

航天特种及新概念推进动力系统专栏导语

正空天融合是航空航天发展的重要趋势,从临近空间到深空探测,是大国竞争的新疆域。适应于空天融合发展的新型推进系统是未来智能飞行器的"心脏",需要开展创新研究,从分子设计角度增大推进剂能量密度,从单一热力循环向多热力循环及变循环发展,动力推进技术与飞行器技术相互促进创新。面向临近空间高速宽空域飞行的吸气式组合动力、面向深空探测的新型电推进与大推力电推进和发动机智能设计与测试等新型推进技术日益受到国内外高度重视,本专栏邀请了国内相关学者将最新研究成果发表论文10余篇,涉及到超声速燃烧、组合动力、新型电推进、大推力电推进和智能仿真与测试等方面,起到促进新型空天推进技术交流与发展的作用。     

基于弹道制导一体化的巡航飞行器末制导方案研究

以巡航飞行器为对象,重点研究高精度末制导方案。考虑到超声速飞行器制导设计与弹道设计及单机指标确定之间的紧密耦合关系,进行弹道制导一体化设计,提出弹道设计的关键点要求及导引头开机方案和要求,并通过控制系统六自由度仿真试验验证方案设计的有效性,为后续工程研制奠定了理论基础。     

基于快速模糊干扰观测器的UASV再入Terminal滑模控制

针对无人空天飞行器再人大气层过程中气动参数变化剧烈、控制精度要求高的特点，设计了基于快速模糊干扰观测器的Terminal滑模控制方案。通过改进传统模糊干扰观测器的学习律，提出一种快速模糊干扰观测器，增强了其在线逼近干扰及系统不确定的能力。Terminal滑模的有限时间收敛特性提高了系统跟踪速度，同时采用快速模糊干扰观测器消除全部扰动的影响，从而保证了飞行品质。最后，仿真结果表明了快速模糊干扰观测器的优越性及闭环控制方案的有效性。     

小型空天飞行器制导导航与控制系统方案

针对地面垂直发射、可长时间在轨运行和轨道机动、再入稠密大气层并水平着陆在机场跑道上的小型空天飞行器,研究其制导导航与控制系统方案.分析其在轨运行、离轨、再入、末端能量管理、自主进场着陆、地面滑跑等各阶段的制导、导航与控制系统任务需求,根据任务需求提出相应的制导导航与控制系统组成方案,并阐述制导导航与控制系统的工作原理.理论分析结果表明,提出的制导导航与控制系统方案满足飞行器各阶段的任务需求,合理可行.     

一种针对直接入轨飞行器的主动段轨道快速实现方案

在直接入轨飞行器允许较宽交班范围的情况下，采用离线优化设计轨道保障参数、射前根据发射点和射向对程序角进行修正的方案，将传统的单发设计转化为适应性强的通用设计，减少了轨道设计计算量，缩短了飞行器的射前准备时间。仿真结果表明，所提出的轨道快速实现方法对点位和射向具有较强的适应性，能够有效减小交班点的偏差范围，同时相比优化设计的轨道，终端速度差异较小，在具有一定优化指标的同时可保证在线实施。     

针对不同目标时对接机构适应性研究

讨论了对接过程的动力学模型、与不同质量飞行器对接过程的特点，以纵向性能为例，提出了缓冲性能参数与对接初始条件组合设计，使对接机构能够适应不同对接飞行器质量特性的要求。仿真结果表明，该方法是可行的。     

苏联披露暴风雪号的由来

苏联在1989年宇航联年会上披露了50-50空天运输机项目和苏联暴风雪号航天飞机缩比模型Bor 4和Bor 5试验性空间飞行器的内幕。这些至今鲜为人知的项目和试验性飞行器是苏联暴风雪号航天飞机的前身。 50-50项目 代号为50-50的空天运输机是米高扬设计局于1962年设计的。这种飞行器有两级,第一级是一架高超音速飞机,它能达到M5.5～6的速度。驮在其上面的航天飞机50与其分离后由常规的火箭级推入轨道。50-50空天运输机(见封二)的起飞重量为140吨,其中单座航天飞机重10.3吨,它不带任何有效     

飞行器总体不确定性建模与优化设计方法

针对考虑不确定性的飞行器总体设计迭代周期长、优化困难等问题，提出一种基于裕度量化解耦策略的飞行器总体不确定性建模与优化设计方法。首先采用主动学习策略开展基于优化加点Kriging的阈值不确定性分析，实现了不确定性裕度的高效求解。进而提出一种适用于飞行器总体设计的裕度量化解耦策略，将双层嵌套的不确定性优化问题解耦为确定性优化与不确定性分析过程顺序执行，高效给出满足概率约束的优化设计方案。该方法解决了传统解耦方法采用嵌入式算法而导致的工程应用困难的问题。通过非线性多约束数值案例以及滑翔飞行器工程案例，验证了该方法能够在保证精度的前提下，提高不确定性优化设计效率。