一种减小飞行试验安全控制区的子级处理方法

为缩小飞行试验安全控制区、提高安全控制区划定精度,首先通过解析方法建立飞行器子级运动二阶自治系统模型,采用稳定域分析方法预示子级再入姿态运动模态和演变规律,结合六自由度动力学与运动学方程对子级落点进行预示。提出一种子级落点规划方法,在级间分离时刻通过对子级的控制机构,如发动机摆动喷管、空气舵等预置偏转角指令,调整子级再入后运动模态,将落区在一定范围内根据需要进行调整,降低子级损毁落区内需保护设施的概率。提出一种安全自毁参数设计方法,针对不宜采用发动机泄压自毁时,残骸在发动机推力作用下进行大范围姿态变化的无控飞行时,通过自毁时刻参数设计,实现残骸尽快落地,缩小安全控制区的目的。并结合算例对该方法的适用范围与应用效果进行仿真分析。本方法不增加飞行器硬件资源,可显著降低安全控制区覆盖面积,具有较高的工程应用价值。     

栅格翼在减小火箭残骸落点散布上的应用

文章利用栅格翼高气动效率、高阻力的特点,探索其在火箭芯一级残骸落点散布控制上的应用。首先介绍了栅格翼气动性能分析采用的数值模拟方法,通过与试验数据对比,验证了方法的可靠性。针对火箭芯一级箭体,开展了栅格翼设计研究,给出了详细的栅格翼几何尺寸,分析了其在亚跨超声速阶段气动性能,通过6自由度蒙特卡罗弹道拉偏仿真,对比了栅格翼安装前后火箭芯一级残骸落点散布范围。结果表明,火箭芯一级加装栅格翼后,上升段折叠安装,阻力增量较小,超声速阶段阻力增量2%以内;再入段栅格翼打开,小迎角范围内火箭芯一级残骸压心后移明显,气动稳定性增强;芯一级残骸进入大气层后飞行姿态迅速振荡收敛,残骸落点散布范围大幅缩小,安装栅格翼后火箭芯一级落点散布面积减小约76%,这种基于稳定栅格翼进行落点控制的方法具有机械结构简单,易于工程实现的特点,适用于各类运载火箭的改造,可大幅度减小落区的范围。     

捷联惯导垂线偏差的一种辅助修正方法

分析了垂线偏差产生的原因及其对导弹落点偏差的影响机理,利用制备好的垂线偏差网格数据,采取加权平均的方法计算发射点垂线偏差.介绍了目前的垂线偏差修正方法及其优缺点,提出通过修改初始姿态角的方法对垂线偏差的影响进行辅助修正,并建立了垂线偏差影响初始姿态角的数学模型.最后进行了弹道仿真,结果表明该方法能有效减小垂线偏差带来的落点偏差.     

给火箭插上精确挥动的翅膀——“长征”二号C运载火箭完成我国首次落区安全控制技术验证

<正>2019年7月26日11时57分,中国运载火箭技术研究院抓总研制的"长征"二号C运载火箭在西昌卫星发射中心点火起飞,成功实现"一箭三星"发射,彰显了"金牌火箭"实力。这是"长征"二号C火箭自1982年9月9日首飞以来的第54次发射,在传统发射领域战功赫赫的老牌"长征"火箭在此次发射中又有了亮眼新表现——火箭的一子级落点实现了精确控制!7月26日13时40分,"长征"二号C火箭一子级残骸在贵州黔南布依族苗族自治州被顺利找到,落点     

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正2019年7月26日11时57分,我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭,成功将遥感三十号05组的3颗卫星送入预定轨道,"一箭三星"发射取得圆满成功。在本次发射中,火箭的一子级落点实现了精确控制,一子级残骸在设定的落区范围内被顺利找到,标志着我国运载火箭首次"栅格舵分离体落区安全控制技术"试验取得成功,意味着我国成为继美国之     

基于拟欧拉角描述的上面级姿态控制律设计

上面级在多星部署过程中将涉及大角度姿态机动问题,卫星释放所引起的质心横移将给上面级姿态控制带来困难。根据系统质心的横移情况,在上面级体坐标系中确定矢量喷管的平衡位置,进而确定出矢量喷管指向指令方向时的上面级姿态。调制姿态四元数可以得到描述上面级姿态偏差的拟欧拉角及相应的拟欧拉角速度,在拟欧拉角描述的上面级姿态运动模型的基础上,选择合适的滑模面,构造变结构控制律。仿真结果表明,该控制律可对上面级姿态进行控制,进而实现对矢量喷管指向的间接控制,喷管摆角的限幅不会影响姿态控制的过程。     

充液航天器大幅晃动耦合动力学建模仿真研究

针对充液航天器大幅液体晃动与全星姿态运动的耦合问题,文章采用三维质心面法建立了储箱级等效力学模型和全星级耦合姿态动力学方程。该方法将储箱内液体等效为只能在其质心面内运动的质心点,而液体晃动对储箱的作用力（含力矩）用质心点与质心面之间的相互作用来模拟,同时利用牛顿欧拉法推导了液体晃动与航天器姿态运动的耦合动力学方程。数值仿真表明,计算结果与其国外实验卫星的在轨测量结果基本一致,从而初步验证了质心面等效力学模型用于全星级大幅液体晃动耦合动力学分析的有效性。     

运载火箭加速度计反馈主动减载实施效果评价

针对运载火箭加速度计反馈主动减载实施效果评价,提出一种基于主动减载姿态动力学稳态分析的评价方法,在传统的“载荷侧滑角”评价指标基础上增加了“姿态偏差”、“摆角需求”和“弹道偏离”评价。稳态分析中考虑了结构干扰的偏置效应以及质心运动对风的抵消效应,重点推导了风切变对于火箭姿态动力学特征参数的影响机理。某型号案例分析结果表明,在典型“平稳风+切变风”风场作用下,主动减载技术在4项评价指标上均取得理想实施效果,并且显著缓解风切变导致的姿态参数快变现象。     

航天器轨迹偏差的非线性非高斯预报方法

针对航天器轨道偏差传播问题,提出一种高斯和模型与状态转移张量结合的预报方法。该方法使用多个子高斯分布加权拟合状态偏差分布,再以高阶状态转移张量分别预报每个子高斯分布,以捕获偏差分布的非高斯性,减小预报误差。将其应用到航天器二体轨道问题中,对比分析不同方法的预报结果。仿真结果表明,该方法可以逼近Monte Carlo仿真的预报精度,并显著提高计算效率,对长时间预报问题,效率提高可达数十倍。该方法面向一般的非线性系统状态偏差预报问题,尤其在长时间仿真预报时兼具很好的精度和计算效率。     

防空导弹副翼偏角及横向质心偏差设计

文中就防空导弹副民办偏角，横向质心偏差的确定及横向质心偏差对滚动干扰力矩的影响，结合中高空防空导弹设计研究进行了定量分析，给出不同设计条件下的计算结果及干扰力矩随横向质心偏差的变化曲线，供设计参考。     

高超声速飞行器级间分离偏差干扰仿真

以大气层内高超声速条件下级间分离过程为对象,研究了利用蒙特卡洛方法对随机偏差干扰下的这一过程进行仿真分析的途径。分析了随机偏差对分离运动的影响,建立了能够支持偏差耦合仿真的分离动力学模型与分离运动特征值计算模型,建立了利用蒙特卡洛方法进行分离过程仿真的具体流程,最后通过算例验证了模型的合理性与仿真方法的有效性。研究结果表明,通过蒙特卡洛方法可实现对随机偏差干扰下高动压分离过程的运动范围、潜在风险以及失败概率进行定量预测。     

变质心飞行器姿态与弹道性能分析

对变质心飞行器的姿态和弹道性能进行了分析.根据变质心控制原理得到飞行过程中总配平攻角表达式.从该表达式中获得影响姿态的滑块参数,并分析了这些参数对总配平攻角的影响;从气动力矩的角度分析滑块参数对滚动角的影响;根据配平状态下所受到的横向过载,分析了滑块参数对弹道机动能力的影响.分析结果表明,滑块质量比对姿态和弹道的影响最大,质量比增大20%攻角和弹道落点偏差分别增加38%和36%;其次是横向偏移量;最后是轴向安放位置.     

飞行器变质心控制及性能分析

在合理简化基础上,推导了滑块运动与飞行器姿态角运动之间的关系,分析了配平攻角产生机理及条件;同时还深入分析了轴向位置、横向偏移量、质量比等滑块结构参数对配平攻角的影响;以及不同配平条件下弹道落点偏差情况。结果表明,气动阻力与系统质心偏移弹体纵轴是产生配平攻角两个必要因素,系统静稳定是产生配平攻角的前提条件;轴向位置决定了系统静稳定裕度,与配平攻角呈反比关系;横向偏移量改变控制力矩的力臂,与配平攻角呈正比关系;质量比对力臂和系统静稳定裕度均有影响,与配平攻角呈线性或非线性正比关系;变质心控制能力主要体现在低空段。     

残骸落区对火箭构型影响论证

残骸落区的选择是在运载火箭构型设计时必须首要考虑的设计因素,其设计结果直接关系到落区内人民生命财产安全,因此残骸落区必须避开人口稠密、重要设施区域。然而运载火箭残骸的被动段轨迹与上升段轨道设计直接相关,过近或过远的落区都将影响火箭上升段轨道的设计结果,进而影响运载火箭的运载能力。本文以典型二级火箭论证为例,开展了基于落区约束火箭构型的总体方案优化,运载能力变化充分说明残骸落区对火箭构型论证的影响,为后续构型论证工作的高效开展夯实了基础。     

固体捆绑火箭姿控系统建模与设计研究

针对固体捆绑火箭复杂空间模态对姿控系统的影响问题,推导建立了新的姿态动力学模型,分析了弹性振动对三通道姿态运动的影响并采用逆Nyquist阵列法进行了姿控系统设计。首先建立了新的固体捆绑火箭姿态动力学模型,模型中基于有限元法导出了弹性振动方程,这是与传统模型最主要的区别。然后针对弹性振动引起的三通道姿态运动间耦合问题,分析了耦合的强弱,采用逆Nyquist阵列法设计了控制器。最后通过时域仿真验证了方法的可行性。结果表明,虽然结构上捆绑火箭芯级和助推之间纵、横、扭耦合比较明显,但引起的三通道间耦合却比较弱,被控模型在设计频段内具有明显的对角优势性质。采用逆Nyquist阵列法设计的控制器是可行的,仿真结果满足工程要求。     

弹道导弹中段机动突防研究

针对弹道导弹中段机动突防问题，在瞬时冲量假设下从理论上研究了速度增量大小、方向和机动时刻对零控脱靶量和落点偏差的影响。研究表明：速度增量大小和机动时刻给定时，零控脱靶量随速度增量方向不同存在极小值和极大值，速度增量方向垂直于视线方向时零控脱靶量接近最大，且最大值近似为待飞时间和速度增量大小的乘积；速度增量大小和机动时刻给定时，落点偏差随速度增量方向的不同存在极小值和极大值，极值点对应的速度增量方向可通过解析方法求解，落点偏差极大值与速度增量大小成正比，且机动时刻越晚，落点偏差极大值越小。该研究可为突防方案设计提供理论基础。     

大型运载火箭质量与横向质心测量新工艺

论述了运载火箭质量、横向质心测量的分散式电子测量系统工艺技术，对测量原理、测量设备和测量方法以及精度分析做了简要介绍。该项工艺经检定与评审已用于ＣＺ－３Ａ二子级、三子级的测量，火箭两次飞行中都准确地将卫星送入轨道。     

火箭入轨的大偏航非线性鲁棒自适应控制方法

火箭入轨通常是沿标准轨道面的飞行控制,常规发射任务只需侧向小偏航角校正,但当今一些特殊的入轨任务要求火箭制导控制能侧向大偏航角飞行,以克服较大初始侧向偏差对末级火箭入轨的影响。文中提出了一种末级火箭的侧向大偏航非线性自适应组合制导控制方法,结合土星-5火箭IMG方法和航天飞机LTG方法各自的优点,进行了大偏航角的非线性耦合补偿修正,并对动力飞行过程的迭代算法进行了鲁棒稳定性改造。基于姿态喷嘴开关控制的六自由度数值仿真表明,提出的控制策略和算法简单可靠、稳定性好、精度高,在火箭入轨控制和空间飞行器变轨控制中具有参考和应用价值。     

火箭残骸空间目标特性与观测可行性分析

针对空间碎片主动规避碰撞背景需求,开展了二级箭体残骸光学特性和空间观测可行性研究,重点研究了太空背景下的火箭残骸可见光特性和红外特性,提出了一种50km处观测火箭残骸目标的复合光学探测系统指标体系,及一种可见光/红外图像融合算法,以解决二级箭体空间快速观测和识别的难题。     

弹道导弹落点预报技术综述

导弹落点预报是一门综合技术,国内外都已历经多年的研究和实践。本文比较全面地分析了国内外开展这项研究的现状,简要地阐述了落点预报的作用,指出落点预报具有航程安全性评估,弹道导弹拦截试验、再入体搜索范围划定、发射辅助决策、提高命中精度和验证天地关系6种作用。论述了构成落点预报的3个要素,即信息获取、飞行仿真和统计综合。明确了精度分析在落点预报工作中的基础地位。