捷联惯性导航系统递推圆锥补偿姿态算法研究

本文介绍了一种捷联姿态算法中的圆锥补偿递归算法。从而可以根据硬件限制和系统指标要求任意选择姿态算法的频率,而计算量变化很少,可以在只对计算能力增加一点要求,而大幅度提高采样频率,从而提高圆锥补偿的精度。     

关于几个二阶显式差分格式的评述

本文着重讨论了MacCormack格式计算头部混合流场时出现的一些问题,当用不同的边界点算法与之配合时对计算稳定性的影响以及格式的稳定性在计算过程中的表现形式,比较了MacCormack格式与其他二阶格式的计算结果,在相同的边界算法的情况下各种格式的效能。本文也提出了一种新的物面边界的算法,其中用了特征概念,但又避免了传统特征线法的迭代过程。     

飞机气动外形的优化设计

本文给出了一种飞机的气动外形优化设计方法。在优化算法方面，采用“可变误差多面体”方法，在气动力计算方面，采用定常势流的格林函数方法，其中零升阻力用工程估算方法求得。文中对优化算法作了一定的改进。实际计算表明，上述算法计算结果合理，能保证足够的精度且通用性好。     

超临界压力下碳氢燃料裂解与流动传热模拟的快速算法

为了快速预测发动机冷却通道内碳氢燃料在考虑热裂解时的流动传热特性,基于正癸烷热裂解反应机理,建立了一套模拟正癸烷裂解吸热和超临界压力传热现象的快速算法。采用三维物性库查表算法计算裂解反应混合物的热物性,同时对组分输运方程进行简化,简化后只需求解1个组分输运方程。通过与现有的实验和数值结果进行比较,检验了快速算法的计算效率和可靠性。结果表明,快速算法与求解全组分输运方程的算法精度相当,但计算效率提升了约20倍。最后采用该算法对三维矩形截面冷却通道内的超临界压力正癸烷裂解与传热过程进行数值模拟,进一步考察了本文快速算法的计算精度及其工程应用价值。     

捷联姿态算法研究

本文讨论了一种改进的捷联姿态算法。它利用上一旋转矢量修正周期的陀螺输出角增量,使得在计算量增加不多的情况下,捷联姿态的计算精度大大改进了。提出了一种适用于实时计算的算法,给出了实时叠代形式。最后,在计算机上作了仿真,表明这种改进的算法可增加姿态算法的圆锥性能,具有运算量小,精度高的特点。     

扩散抛物化(DP)NS方程组的意义及其在计算流体力学中的应用

本文首先讨论扩散抛物化（DP）NS方程组的早期研究工作：它的提出、数学性质、意义和在CFD中的应用，然后讨论扩散抛物化理论的一些新发展。这些新发展是对NS方程组数值计算进行物理分析的基础上得到的，其中包括NS方程组差分计算时，粘性剪切流对网格间距和格式精度的要求；粘性项只保留剪切项的广义扩散抛物化（GDP）NS方程组，它的性质和应用。由于高Re数流动在NS方程组的差分计算中，网格Re数彼此相差悬殊的特点，产生了计算离散单元守恒方程组的新的算法思路，即离散流体力学（DFD）算法。在DFD算法中需要同时计算三种不同的守恒方程组（Euler,DPNS和NS方程组）。本文讨论了DFD算法中需要同时计算三种不同的守恒方程组（Euler,DPNS和NS方程组）。本文讨论了DFD格式的构造、它的优点和应用。并以超声速绕前后台阶流动为算例，来说明GDPNS方程组的用处和DFD算法的优点。DPNS方程组、GDPNS方程组、DFD算法是高智提出的，对这些问题，他的合作者从理论、算法、数值验证和某些应用又作了系统的研究。     

一种基于STL文件的LBM前处理高效算法

LBM是一种计算流体数值方法,计算过程中需要确定流场格点属于流体点还是固体点,通过前处理获得格点类型信息.其中一种方法是通过STL文件格式描述的物体模型判断格点在物体内外信息来确定格点类型,从而实现STL几何信息到LBM计算模型信息的重构.为了能够快速重构计算模型,本文提出了一种快速生成计算模型算法.该算法根据面三角形找到模型的边界点集,然后由边界点判定出模型内部点和外部点从而完成对模型的重建.算法从面三角形出发,大量减少了计算量,节约了时间,提高了效率.基于本文算法和直接法对不同复杂程度的圆球、NACA0012翼型、CHN-T1飞机标模开展了前处理建模比较,结果表明,随着几何复杂度增加,直接法耗时急剧增加,而本文算法一直保持低耗时(例如CHN-T1模型前处理网格生成,直接法采用120核并行运算耗时11 h,而本文算法采用单核仅耗时20 s),极大地提高了LBM针对复杂几何外形的前处理效率.使用基于本文算法前处理获得的网格开展流场计算,验证了该前处理方法的适用性.     

软输入软输出LDPC码译码算法

提出了一种软输入软输出LDPC码译码算法,采用欧氏距离作为判决准则,通过对欧式距离信息的反对数和进行迭代处理,实现软输入软输出译码;同时,还提出了该算法的一种简化方法,以降低计算复杂度。本文提出的软输入软输出算法无需接收信号的信噪比和信道状态即可实现译码,并且在性能无明显损失的前提下降低了计算复杂度。仿真结果表明,在性能与和积译码算法性能相近的情况下,计算复杂度比和积译码算法的复杂度下降了约10%。     

涡轮叶片精铸蜡型陶芯定位布局优化求解算法研究

为求解陶芯的定位布局优化方案,提高涡轮叶片精铸蜡型陶芯的定位精度以保证精铸叶片成品率,本文提出并研究了基于不同算法对蜡型陶芯定位点布局进行优化.基于陶芯定位误差传递方程,采用Greedy算法和Interchange算法对蜡型陶芯定位点布局方案进行求解;并对两种算法的计算精度和计算时间进行对比研究.结果表明,Greedy算法具有较好的计算精度,Interchange算法时间较短.该研究对工程实践中求解定位点布局优化方案有重要的意义.     

火箭橇运动计算算法优化与试验验证

对火箭橇试验系统进行了动力学分析,研究了火箭橇运动计算方法,在常规算法基础上对各参量计算方法进行改进,并引入了新的参量能量耗散阻力,进而得到优化算法。取四次不同速度的双轨橇车试验结果分别与常规算法和优化算法计算结果进行比较,得到:常规算法计算结果误差最小为7.67%,误差最大为37.91%,优化后算法计算结果误差最小为0.48%,误差最大为5.0%;取四次不同速度的单轨橇车试验结果分别与常规算法和优化算法计算结果进行比较,得到:常规算法计算结果误差最小为11.78%,误差最大为43.64%,而优化算法计算结果误差最小为0.11%,误差最大为5.31%。结果表明火箭橇运动计算优化算法相比常规算法能有效提高计算结果精度,计算结果对火箭橇试验设计具有一定工程指导意义。      

基于高斯伪谱法的吸气式高超声速飞行器爬升弹道优化研究

吸气式高超声速飞行器爬升弹道设计是其总体设计的一个重要问题。这里提出一种基于高斯伪谱法的弹道优化方法,用于解决该问题。以末端弹道倾角为性能指标,飞行攻角为设计变量,建立了飞行器纵平面弹道优化模型。通过高斯伪谱法对状态变量和控制变量进行离散,将最优控制问题转化为非线性规划问题,再利用序列二次规划算法对其进一步求解。仿真结果表明,该方法收敛域大,对初值不敏感,设计精度高,是吸气式高超声速飞行器方案弹道优化的重要方法。     

基于直接配点法的滑翔轨迹快速优化设计

介绍了基于五次Gauss-Lobatto多项式的直接配点法在再入飞行器三维轨迹最优化问题中的应用。首先给出了再入飞行器轨迹优化问题模型,其中运动方程为三自由度模型,性能指标选为到达指定地点飞行时间最短,控制变量则为无量纲升力系数和倾侧角。再入飞行过程中受到加热率、过载和动压约束,终端状态受到目标位置约束。然后,应用直接配点法将最优控制问题离散化为非线性规划问题,将动态优化问题转化为静态参数最优化问题。选取各节点和配点上的状态量和控制量作为优化参数。最后应用SNOPT软件包对参数最优化问题进行求解。仿真结果表明直接配点法对于再入飞行器轨迹初始参数取值不敏感,且求解过程具有一定的实时性。     

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。     

基于GPM的高超声速飞行器再入轨迹优化

为保证高超声速飞行器具有最大再入距离,应用高斯伪谱方法求取了存在路径约束及终端约束的飞行器最优再入轨迹。首先选取迎角及倾斜角作为最优控制量,并分析再入轨迹的最优控制模型;然后应用高斯伪谱方法将最优控制问题离散成非线性规划问题,并采用SNOPT软件包对非线性问题进行求解,得到最优轨迹。通过仿真证明了该方法求得的最优轨迹对初始值不敏感,且具有良好的实时性。     

飞行器神经元控制系统的研究与设计

提出了一种基于神经元网络的飞行控制系统设计方法 ,该方法设计的神经元飞行控制器具有良好的鲁棒性 ,使飞行器在整个飞行包络内都能保持某种最优的操纵品质。给出的计算机仿真结果显示出神经元网络作为飞行控制器在处理飞行器参数大范围变化的非线性特性方面具有潜在的优良品质     

基于三维空域网格的低空飞行航迹战略规划方法

针对复杂低空环境下航空应急救援飞行安全问题,提出了一种基于三维空域网格的飞行航迹战略规划方法。将空域网格化分成多个飞行航迹节点,同时考虑地形、气象、飞行规则以及航空器性能等多种约束,使用改进的A*算法搜索单个航空器的最优飞行航迹。在单个航空器初始飞行航迹基础上,结合时间窗原理,提出两种方法解决了多机无冲突航迹战略规划问题。最后,通过案例仿真验证了方法的有效性。     

大气层内模型预测静态规划拦截中制导

在临近空间机动目标拦截中,拦截器的初始动力段对中制导段乃至末端拦截性能具有重要影响。在模型预测静态规划（MPSP）理论基础上提出了一种初、中制导联合规划制导方法,旨在解决多阶段、快速、最优拦截轨迹规划和制导问题。首先,提出了一种改进的模型预测静态规划方法,该方法不仅可以满足终端约束,还可以生成最优初始状态,并在性能指标中考虑状态变量相关函数。其次,基于等效阻力模型建立了包含动力段与非动力段的两段规划模型,通过采用分段离散以及构建关机点变分关系的方法,避免了内点约束的引入,使MPSP算法可直接求解该两段规划问题。最后,结合提出的MPSP算法以及两段规划模型,实现了终端速度最优的拦截轨迹规划,结合目标预测方法,实现了对机动目标的预测拦截。仿真结果表明,本文方法可提高制导精度和终端速度,且能更好满足对机动目标的拦截需求。     

基于弹道逃逸和小推力捕获的地月转移轨道设计

针对地月空间货运任务和环月轨道空间设施建设任务,提出一种弹道逃逸和小推力捕获相结合的新型地月轨道转移模式,并建立了一整套该类型轨道设计方法。首先,在三体模型假设下分别建立地心弹道逃逸轨道和月心小推力捕获轨道的二维极坐标动力学模型。对于弹道逃逸轨道,将地心旋转系对准角和地月转移加速速度增量作为控制变量,提出初值估计解析公式,并应用序列二次规划算法进行快速求解。对于小推力捕获轨道,以月心距为参考量设置与弹道逃逸轨道的拼接点约束,提出能量匹配方法预估飞行时间,采用最优螺旋轨道的初始伴随状态解析式预估近月点伴随变量初值。基于混合法和轨道逆推思想,采用人工免疫算法进行小推力捕获轨道求解。仿真结果表明,基于弹道逃逸和小推力捕获的地月轨道转移方式大幅降低了近月制动燃料消耗,能快速穿越地球辐射带,且飞行时间适中;同时,提出的轨道设计方法能快速搜索到基于弹道逃逸和小推力捕获的地月转移轨道,验证了该方法的有效性。     

编队卫星队形重构防碰撞最优轨迹规划

 针对编队卫星队形重构的轨迹规划问题,提出了直接配置混合整数线性规划(DCMILP)方法。首先将卫星编队飞行问题进行简化,整个过程使用线性化描述;继而将三阶Simpson方法扩展至编队卫星的队形重构过程中,将各卫星的状态量和控制量在各节点处离散化;然后根据目标函数及碰撞规避问题等各种约束条件,将整个过程转化为混合整数线性规划问题,从而可以找到该非凸问题的全局最优解。最后,通过对三维和二维两组编队卫星队形重构进行仿真,由结果可以看出,与传统方法相比该方法快速有效,能够满足实时性的要求,使得卫星编队的自主运行成为可能。     

多滑翔飞行器时间协同轨迹快速规划

从高超声速飞行器集群"探测-打击-评估"一体化任务需求出发,针对多滑翔飞行器时间协同再入轨迹规划问题进行研究,提出集群再入的协同形式及轨迹规划方案,基于改进序列凸化算法解决了再入总飞行时间的精确控制问题,从而实现滑翔段时间协同。首先,给出了滑翔飞行器集群的协同策略,将求解模型转化为协同时间的确定、协同时间约束下的轨迹规划子问题。将模型中的时间项误差等加入罚函数,提高了协同轨迹求解可行性。引入飞行路径角预设剖面作为软约束,并通过罚函数与信赖域自适应调整,以避免轨迹求解时的振荡问题,提高了序列凸化算法的收敛性。以CAV-H飞行器模型为例验证了算法的有效性,仿真结果表明,所提算法对初值的敏感性低,求解得到的再入总时间可调范围与伪谱法一致,轨迹规划结果的平滑性及计算时间均优于伪谱法。