弹道导弹中段目标/背景红外图像建模与仿真

提出了一种针对弹道导弹中段目标和背景的动态红外辐射特性仿真方法。首先,建立了弹头目标^秀饵的三维模型,并结合其运动位置分析了影响弹头目标／诱饵红外辐射的因素,建立了较为完善的弹头目标/诱饵红外物理模型;其次,基于红外星表数据对恒星大气层外的辐照度进行了计算,根据红外传感器视轴指向和红外传感器视场,确定了红外传感器视场中的可见恒星,并根据拟生成背景图像的空间分辨率计算出这些恒星在背景图像中的相对位置分布,对星空背景直接进行了动态图像生成;然后,对成像过程中红外探测系统的噪声效应进行了建模与分析,同时给出了噪声的计算机模拟方法;最后,将生成的弹头目标,诱饵的红外图像与星空背景红外图像在灰度和空间2个层次上进行合成形成完整的弹头目标赝饵／星空背景的红外仿真图像,可为弹道导弹中段红外电子对抗突防提供较为准确的数据支持。     

舷外有源诱饵降落伞载荷运动仿真

对火箭发射降落伞悬降方式的舷外有源诱饵的载荷运动进行了分析。在此分析的基础上,通过在2个正交铅垂平面上的分解,建立了载荷运动的数学模型,描述了在2个正交铅垂平面上降落伞—载荷连线相对于铅垂线的角运动。利用Simulink进行了单个铅垂平面上的角运动的仿真和2个正交铅垂平面上的角运动的综合仿真。     

星载红外探测阵列对导弹跟踪定位的研究

通过分析研究建立了前视红外探测阵列 (FL IR)对导弹进行精确跟踪、定位的数学模型 ,其中包括导弹的运动模型、大气干扰模型和探测阵列的观测模型。根据探测阵列的原始观测数据 ,利用扩展卡尔曼滤波器 (EKF)精确跟踪导弹目标。由于导弹与探测器的距离较远 ,故可视为点目标。导弹在探测阵列上投影的位置由两部分组成 :导弹真实运动位置和由于大气干扰造成的偏移。滤波器分别估计了这两种位移在探测阵列上的变化。最后用蒙特卡罗方法分析了滤波器的性能。     

箔片型红外面源诱饵扩散规律

目前红外面源诱饵已成为对抗红外成像制导导弹的重要方法。鉴于此,以箔片型红外面源诱饵为研究对象,利用计算流体力学（CFD）方法得到单个箔片和两平行箔片在不同迎角下的气动力系数。通过对箔片空中运动分析,特别是考虑到燃烧力作用的特殊性,将箔片的运动分为两个阶段：起燃阶段和完全燃烧阶段,并建立了两个阶段的运动模型。在单个箔片运动模型的基础上,设置上千个箔片初始姿态和旋转角速度的概率分布情况,同时对上千个箔片求解运动方程,即可得到整个红外面源诱饵的空间运动扩散规律。仿真结果表明：在高速运动平台上垂直向上发射红外面源诱饵,其扩散形状近似为前部稀疏后部密集的锥形云团;仿真得到的面源诱饵扩散尺寸和运动位置与实测数据吻合度较高,特别是面源诱饵在x轴方向扩散尺寸误差小于5%。     

航空拖曳诱饵系统机动过程缆绳张力仿真

为解决航空拖曳诱饵系统研制过程中拖曳缆绳强度设计问题,对拖曳诱饵系统机动过程缆绳张力进行了仿真研究。仿真中建立了缆绳的质量弹簧阻尼模型和诱饵弹的六自由度动力学模型,研究了直线加速和机动转弯2个典型飞行动作中缆绳受力情况,分析了载机加速度、飞行高度、缆绳弹性模量、缆绳直径等因素对缆绳张力的影响。结果表明：缆绳中张力大小不仅与诱饵弹、缆绳的气动阻力、重力有关,还与它们的惯性力有关;由于张力在缆绳中传递存在时滞性,机动过程中缆绳张力存在波动现象,波动的剧烈程度与载机加速度、缆绳弹性模量、缆绳直径有关;机动转弯过程中,缆绳会承受一个较大的峰值应力,该应力随着转弯角速度的增大而增大。     

航空拖曳诱饵系统的动态特性研究

为准确预测航空拖曳诱饵系统能否干扰成功,建立了系统的物理数学模型并对其动态特性进行了仿真研究。应用集中质量法,将柔性拖曳缆绳离散为一系列由阻尼弹簧连接的节点,建立了缆绳的动态模型;对诱饵进行受力分析,建立了诱饵的六自由度模型;提出了缆绳与诱饵的耦合条件,使模型更加精确。分别对诱饵释放过程中,以及释放完成后载机机动时系统的动态特性进行了仿真研究,给出并分析了缆绳的形状、张力和诱饵的姿态角等参数的变化规律。结果表明：为避免出现“鱼钩”现象,应尽可能减小释放诱饵的初速度与载机空速的夹角;应按梯形速度释放诱饵,以使缆绳中拉力的最大值较小。释放完成后,应控制载机最大飞行速度,以避免缆绳进入载机的高温尾喷流区;载机作盘旋时,缆绳在载机的圆形轨迹之外,且载机飞行速率一定时,角速度越大,缆绳向外趋势越大,越有利于避开载机的尾喷流区。     

拖曳式诱饵的发展现状及展望

拖曳式诱饵是对付防空导弹的有效手段.探讨了拖曳式诱饵干扰雷达导引头的角度跟踪系统和速度欺骗原理,介绍了国外拖曳式诱饵的研制现状和进展.     

Analysis on Development of Air-launched Decoy

空射诱饵是以RCS信号模拟系统、雷达干扰机为载荷,对敌方地空防御武器系统中的雷达探测系统实施欺骗干扰和压制干扰的电子战武器.本文对空射诱饵发展进行了分析.概述了空射诱饵的发展情况,分析了空射诱饵作战使用方式,论述了空射诱饵发展方向和关键技术.     

航空拖曳诱饵系统的动态特性研究简

 为准确预测航空拖曳诱饵系统能否干扰成功,建立了系统的物理数学模型并对其动态特性进行了仿真研究。应用集中质量法,将柔性拖曳缆绳离散为一系列由阻尼弹簧连接的节点,建立了缆绳的动态模型;对诱饵进行受力分析,建立了诱饵的六自由度模型;提出了缆绳与诱饵的耦合条件,使模型更加精确。分别对诱饵释放过程中,以及释放完成后载机机动时系统的动态特性进行了仿真研究,给出并分析了缆绳的形状、张力和诱饵的姿态角等参数的变化规律。结果表明：为避免出现“鱼钩”现象,应尽可能减小释放诱饵的初速度与载机空速的夹角;应按梯形速度释放诱饵,以使缆绳中拉力的最大值较小。释放完成后,应控制载机最大飞行速度,以避免缆绳进入载机的高温尾喷流区;载机作盘旋时,缆绳在载机的圆形轨迹之外,且载机飞行速率一定时,角速度越大,缆绳向外趋势越大,越有利于避开载机的尾喷流区。     

基于Kane方程的拖曳式诱饵释放过程动态特性分析

研究了航空拖曳式诱饵释放过程中的动态特性。根据诱饵的运动状态,将释放过程划分为自由状态、放索状态和拖曳状态。利用Kane方程建立了拖曳式诱饵释放的多体系统动力学模型,其中拖索离散为若干段刚性杆,诱饵视为刚体与拖索铰接,其上的作用力包括铰约束力、气动力和重力。针对放索过程中第1个索段质量时变引起的变质量动力学问题,采用Generalized-α算法进行时域求解。在此基础上分析了载机不同飞行高度、飞行速度、拖索释放速度以及拖曳点位置对诱饵释放过程中动态特性的影响。结果表明:在低空高速下释放,诱饵的俯仰角幅值较小,质心相对位置变化较稳定,收敛速度较快,但载机飞行速度过大时,诱饵容易靠近载机尾流区并受其影响;放索速度增大时,诱饵俯仰角幅值增大,质心会出现纵向沉浮运动;拖曳点远离重心时,俯仰角震荡幅值增大,当靠近重心时,收敛性变差,应合理设计并优化拖曳点位置和放索速度。     

具有时延的漂浮基空间机器人基于泰勒级数预测、逼近的改进非线性反馈控制

 探讨了本体位置与姿态均不受控的漂浮基空间机器人在时间延迟(简称时延)情况下惯性空间轨迹跟踪的控制问题.利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系,分析、建立了漂浮基空间机器人完全能控形式的系统动力学模型及运动Jacobi关系.以此为基础,针对系统存在时延的情况,利用泰勒级数预测、逼近的方法,建立了适用于时延情况下控制系统设计的数学模型.利用该模型,提出了一种空间机器人在时延情况下的改进非线性反馈控制方案.然后运用Lyapunov第二类方法,结合范数以及图形分析的方法证明了在时延情况下整个闭环控制系统的渐近稳定性.文中提到的控制方案能够有效地克服系统存在时延的影响,控制漂浮基空间机器人末端爪手跟踪惯性空间的期望轨迹.系统数值仿真结果证明了上述控制方案的有效性与精确性.     

Cleaning space debris with a space-based laser system

High-energy pulsed laser radiation may be the most feasible means to mitigate the threat of collision of a space station or other valuable space assets with orbital debris in the size range of 1–10 cm. Under laser irradiation, part of the debris material is ablated and provides an impulse to the debris particle. Proper direction of the impulse vector either deflects the object trajectory or forces the debris on a trajectory through the upper atmosphere, where it burns up. Most research concentrates on ground-based laser systems but pays little attention to space-based laser systems.There are drawbacks of a ground-based laser system in cleaning space debris. Therefore the placement of a laser system in space is proposed and investigated. Under assumed conditions,the elimination process of space debris is analyzed. Several factors such as laser repetition frequency, relative movement between the laser and debris, and inclination of debris particles which may exercise influence to the elimination effects are discussed. A project of a space-based laser system is proposed according to the numerical results of a computer study. The proposed laser system can eliminate debris of 1–10 cm and succeed in protecting a space station.     

高速稀薄流域防热减阻概念构型气动性能

为探究高速稀薄流流域凹腔槽道的气动特性,采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法,建立了凹腔深宽比为1,槽道高度分别为0、10、20、30、40 mm以及基准高度为20 mm的唇口钝化半径为2～20 mm的凹腔槽道构型,获得了不同算例的气动热系数和气动力系数的变化情况,分析了不同槽道高度以及不同唇口钝化半径的凹腔槽道构型对...     

激光光船周围连续/稀薄混合流场的数值模拟

当火箭模式激光推进器在高空稀薄大气中飞行时,需要在激光聚焦区附近喷射稠密气体工质,从而利用激光聚焦击穿气体工质形成等离子体,为光船提供推力。为了分析该光船的推力产生过程,采用连续流体力学计算方法(CFD)和直接数值模拟蒙特卡洛方法(DSMC)耦合的混合算法,数值模拟飞行高度为80 km飞行马赫数为5的激光光船周围高温连续气体和稀薄环境大气耦合的非定常混合流场,并得到推力随时间的演化曲线。结果表明,稀薄效应明显增加了激波厚度,高温效应延迟了推力的产生,并导致冲量耦合系数和比冲的降低。     

DSMC量子动理学模型在火星再入流动中的应用

为解决化学反应模型高温数据缺乏的难题，探索DSMC方法量子动理学（QK）模型在实际中的应用，本文将该模型进一步应用于火星探测器稀薄气动特性的数值预测。通过计算探路者号在85 km、95 km和110 km高度的稀薄绕流，评估了QK模型的性能和稀薄气体效应的影响规律。结果表明，QK模型不依赖宏观的化学反应速率系数，适用于火星再入流动计算。化学反应及其模型对气动力的影响很小，但对气动热特性的影响不容忽略，考虑化学反应后的驻点热流可以下降约12%~14%。     

基于单星测轨进行LEO和GEO目标编目

针对既有天基探测的不足,本着降低卫星制造难度、使用复杂度,拓展监视对象的原则,针对编目测轨所需,论证设计了一个采用零倾角、9 000km高度轨道,装有7个可见光探测器,以空域监视方式支持空间目标编目测轨的构想。该构想只需1颗卫星,即可形成空间目标编目所需的测轨,独立支持LEO（低地球轨道）和GEO（地球同步轨道）目标的编目管理,具有战略、战术双重价值。     

关于地球转移轨道碎片的轨道寿命问题

低轨卫星的轨道寿命主要取决于大气的耗散作用,其轨道在不断变小(即高度降低)变圆的状态下进入地球稠密大气层中陨落。但地球转移轨道(GTO)碎片的运行轨道是一个近地点高度为200km,远地点高度达36000km的大偏心率(e=0.73)椭圆轨道,其轨道寿命主要由第三体(日、月)引力摄动所决定,而且还与其轨道的初始状态有密切关系。本文将根据地球卫星轨道变化规律进行理论分析,阐明力学机制,并给出相应的数值验证。     

Estimation of ballistic coefficients of space debris using the ratios between different objects

This paper proposes a new method to estimate the ballistic coefficient (BC) of low earth orbit space debris.The data sources are the historical two-line elements (TLEs).Since the secular variation of semi-major axes is mainly caused by the drag perturbation for space objects with perigee altitude below 600 km,the ballistic coefficients are estimated based on variation of the mean semi-major axes derived from the TLEs.However,the approximate parameters used in the calcu lation have error,especially when the upper atmosphere densities are difficult to obtain and always estimated by empirical model.The proportional errors of the approximate parameters are cancelled out in the form of ratios,greatly mitigating the effects of model error.This method has been also been validated for space objects with perigee altitude higher than 600 km.The relative errors of esti mated BC values from the new method are significantly smaller than those from the direct estimation methods used in numerical experiments.The estimated BC values are used for the prediction of the semi-major axes,and good performance is obtained.This process is also a feasible method for prediction over a long period of time without an orbital propagator model.     

水滴动力学行为对其撞击特性影响

设计了一种压电式等径离散水滴发生器,利用高速摄影的手段对水滴变形现象进行了实验研究。建立了水滴变形后的非球形阻力模型,同时引入了水滴破碎和飞溅模型,采用欧拉法对不同条件下水滴撞击NACA23012翼型的过程进行了数值模拟,并与传统模型下水滴撞击特性计算进行了对比。研究表明:水滴变形会导致其阻力系数增大,水滴阻力系数曲线在雷诺数大于500时逐渐脱离球形阻力曲线,不断增大接近圆盘阻力系数;水滴阻力特性的改变会影响水滴运动轨迹,增强水滴的气流跟随性;水滴飞溅会造成水滴质量损失,减小翼型表面局部水收集系数,这与实验数据更加吻合。      

金星气球环境分析与热动力研究

分析了金星独特的大气环境,归纳了影响金星气球飞行的主要环境因素,并建立了数学模型.依据金星气球的投放、飘浮程序,设计了金星原型氦气球,设计驻留高度为35km.建立了金星气球热动力仿真平台.计算结果表明:金星气球在30~40km高度释放,可快速到达驻留高度并作长期飘浮;金星气球系统的温度范围为440~520K,最大速度低于10m/s.这为进一步开展对金星气球的研究提供了依据.