发射扰动与初始弹道耦合模型研究

针对火箭、导弹发射扰动与初始弹道互相耦合引起的弹道散布问题,提出发射扰动与弹道解算相耦合的计算分析模型。该模型以多体系统动力学为基础,建立能够模拟弹架相互作用和弹体初始扰动的发射动力学模型,并将弹体受到的气动载荷转化到弹体坐标系下进行刚体动力学计算以获得弹道参数。通过滚转弹应用实例分析表明,采用此模型能够有效模拟发射扰动与初始弹道相互耦合状态;弹架间隙扰动与气动载荷作用都会对弹体在飞行时的姿态角及飞行位置产生较大影响。当存在1 mm的弹架间隙且有气动载荷作用的影响下,与无弹架间隙和气动载荷的作用影响的结果对比发现,存在弹架间隙扰动的影响会使得弹体在飞行过程中的俯仰角和弹道倾角的幅值范围减小4°左右,也使得弹体在飞行过程中的Y向位移量在1.5 s时刻减小6 m左右;存在气动载荷作用的影响,会使得弹体在0.5 s撤去推力后的姿态角成波动式变化,滚转弹稳定飞行,也会使得弹体Y向位移量在撤去推力后持续的平稳增加。     

基于相平面控制的固体火箭快速精确入轨策略

对于仅能控制推力方向的固体火箭入轨段,为保证火箭以同时满足六轨道根数约束直接入轨,提出一种基于相平面控制的弹道设计方法。首先,证明经过2次恒定方向推力使火箭同时满足位置和速度矢量(即六轨道根数)约束直接入轨的可行性,并给出此时火箭初始点与入轨点状态需要满足的条件。然后,推导火箭初始点及入轨点状态与推力方向角的关系方程组,采用数值方法求解该方程组以获得保证入轨的推力方向角。仿真结果表明,与传统的弹道设计方法相比,提出的方法对推力方向角的解算更为简便,缩短了弹道设计的耗时,且可以使火箭终端位置和速度矢量6个参数同时满足入轨精度要求。     

多随机激励作用下舰载火箭弹初始扰动数值模拟

建立了半约束期内舰载火箭弹弹轴转动方程组模型,综合考虑火箭弹的质量偏心、动不平衡和舰船的摇摆运动,采用有限幅值随机激励仿真的方法,得到了3种激励分别引起的初始扰动可能域和考虑各因素后总的初始扰动可能域,并分析得到了总的初始扰动可能域图像变化规律。仿真结果表明,3种扰动因素分别引起的初始扰动量在相同量级上,动不平衡和舰船摇摆对初始扰动的影响程度更为剧烈。舰船摇摆对初始扰动量的影响随着最大横摇角θmax增大而显著增大,总的初始扰动可能域图像趋近于对初始扰动量贡献中所占比重较大因素引起的初始扰动可能域图像。     

无控火箭箭架系统扰动分析

无控火箭发射时,箭架系统耦合振动使得半约束期发射扰动引起的火箭偏转角速度变化和下沉量加剧,成为影响火箭落点散布的关键因素。以某型火箭发射系统为基础,采用物理模型和软件分析方法研究发射装置液压缸振动、发射仰角和箭架配合间隙等因素对出轨扰动的影响。根据液压缸压力变化结果,计算出燃气流作用下箭架系统的扰动频率,进而计算出燃气流扰动下火箭在半约束状态下受牵连运动影响的初始扰动值。理论计算结果显示,箭架振动幅值约占整个扰动角速度的1/5。计算和试验测量结果吻合较好,分析结果对火箭精度、箭架结构匹配性分析和发射装置设计具有指导意义。     

火箭弹初始扰动实验研究

利用"光学杠杆"原理研制了火箭弹初始扰动激光测量系统。介绍了该系统的基本原理和构成,系统中所用半导体激光发射器激光波长650 nm,位置灵敏探测器(PSD)的分辨率为10-6m,角度测量误差小于2×10-5rad。利用该系统对54 mm火箭弹进行了实际测试,对实验结果与理论计算结果进行了对比,证明实验结果合理可信。最后对测量系统进行了误差分析。     

弹-架间隙的非线性模拟与特性分析

以大长径比低速旋转火箭为例,探讨弹-架间隙非线性特性对不同发射装置系统的动力响应的影响,当飞行器以S个定心部沿发射装置滑移时,根据弹、架横向相对位移确定其定心部处接触刚度和支承特性,模拟弹-架间隙效应。分别就刚性和柔性两种发射装置,分析了间隙量、支承刚度和转速等因素对飞行器发射中的姿态和系统动力特性的影响,算例与实际情况的相吻合证明了该方法的有效性。     

晃动基座初始对准环境建模与仿真

针对火箭初始对准时存在外界扰动,提出一种适用于风扰动的初始对准环境建模与仿真方法,可用于运载火箭扰动环境下初始对准仿真验证.根据风场特性和振动理论,分别建立了地面风和风干扰下的箭体振动模型,实现了晃动基座下的环境仿真和对捷联惯组测量输出的模拟.仿真结果显示,箭体振动特性与实测值一致,所模拟的惯组输出与箭体晃动吻合,表明模型正确有效.该方法能够为晃动环境下初始对准仿真研究提供更加符合实际特性的数据源.     

亚轨道飞行器的固液火箭发动机的高维多目标设计优化

为完成应用在亚轨道飞行器上的固液火箭发动机系统设计优化,且考虑到系统设计优化问题的复杂性以及采用单目标优化难以获得全局最优解,建立了固液火箭发动机系统设计的4目标设计优化模型,采用非支配排序遗传算法获得超空间Pareto 解集。利用基于变偏好区间的超径向可视化技术对超空间Pareto解集进行直观地分析,提高最优解选择的效率。最终获得了全局最优的固液火箭发动机系统设计方案,验证了建立的优化模型的准确性和相比于单目标优化的优势,论证了固液火箭发动机应用在亚轨道飞行器上切实可行以及变偏好区间超径向可视化技术处理超空间Pareto解集的高效性。     

导弹弹道有理Bezier曲线造型与优化方法

为有效克服传统弹道优化方法解的收敛性和全局最优性受搜索算法和初始猜测等影响大的问题,提出了基于有理Bezier曲线的弹道造型与优化计算方法。根据边界条件用光滑且只含少量自由参数的有理Bezier曲线形成参数化弹道,采用逆动力学方法计算导弹攻角、速度等变量及参数化弹道性能指标,通过对自由参数寻优得到最优弹道。这种方法将连续的弹道优化问题转换为对很少自由参数的参数优化问题。与传统方法相比,该方法无需求解2点边值问题,不对导弹运动方程组进行离散化,因而鲁棒性强且解的全局最优性和光滑性好。仿真结果及与自适应伪谱法的比较验证了该方法的实用性和有效性。     

火箭喷管的二维两相流

本文介绍了编制一组解轴对称喷管气体/粒子流动方程组的计算机程序的进展情况。已经编写了两个程序,是用来解喷管喉部跨声速区的方程组的。第一个程序把两相流体看成是一种具有修正等熵指数和修正分子量的重理想气体,并解跨声速等熵流动方程组,得到的初始流场形状作为第二个程序的输入。第二个程序包含有气体/粒子混合物非平衡效应。这两个程序为进行超声速计算提供准确的初始线数据,这些数据将用作第三个程序的输入。第三个程序是解喷管超声速区两相流动方程组的,不久即将写成。