吸气式重复使用运载器弹道仿真研究

在对国内外吸气式可重复运载器的发展现状进行了分析后,建立了吸气式重复使用运载器动力学模型、地球模型以及大气模型等数学模型;建立了空天飞行器的弹道仿真系统。并以某吸气式重复使用运载器为研究对象,利用MATLAB编写程序,进行了飞行弹道的模拟仿真。仿真试验表明,计算方法及相应的仿真系统是合理可行的,可应用于吸气式重复使用运载器可行性的评价。     

固体运载器发动机内弹道设计方法

为研究对固体运载器总体性能提升有利的发动机内弹道设计方法,建立了发动机内弹道计算模型,并选取两个燃面设计参数表征内弹道曲线构型。针对某三级固体运载器进行了仿真分析,分别以发动机冲质比最大及运载器射程最大为目标对发动机的内弹道曲线构型进行优化设计,并对这两种设计方法进行对比研究。研究结果表明,发动机性能最优并不一定会实现运载器总体性能最优,以运载器射程最大为目标,对发动机内弹道曲线构型进行优化设计,可显著提高运载器总体性能。研究成果可应用于固体运载器总体方案初步论证阶段,提升固体运载器的性能水平及方案论证效率,使固体运载器总体设计方案更具时效性和竞争性。     

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。     

运载器-分离体分离过程耦合动力学仿真

考虑了运载器、分离体及牵引稳定伞的相互耦合作用,针对运载器-分离体的高空、超声速、内置式分离,建立了合理的多体系统动力学模型及系统的动力学方程组和约束方程组,模拟了分离体与运载器分离的整个过程。仿真结果表明,牵引稳定伞阻力特征的大小对系统的分离有较大的影响,且牵引稳定伞能够有效地制约分离体出舱过程中的运动,使其能够获得姿态相对稳定的点火状态及时刻;同时验证了利用牵引稳定伞安全分离的方案是可行的。     

基于预估校正和嵌套网格的虚拟飞行数值模拟

 针对导弹虚拟飞行数值模拟问题,发展了空气动力学/飞行力学数值计算方法和软件。控制方程为非定常雷诺时均Navier-Stoker(RANS)方程和刚体六自由度运动方程;流场求解器为有限体积法结构网格求解器,时间推进采用双时间步法,湍流模型为Spalart-Allmaras一方程模型;采用Adams预估校正法实现飞行力学方程与流场控制方程的耦合计算;使用嵌套网格方法模拟多体运动。首先模拟了美国国家航空航天局(NASA)窄条翼导弹模型纵向虚拟飞行,研究耦合方式和时间步长的影响。仿真结果表明,双时间步三阶Adams耦合方法,同等精度下可以显著增大时间步长,缩短仿真时间。最后,采用该方法模拟了导弹自由摇滚特性和纵向虚拟飞行,模拟结果与试验值吻合较好。     

偏转弹头导弹动力学建模与仿真研究(英文)

针对采用旋转单通道控制的偏转弹头导弹,研究了其动力学特性。根据弹体的自旋特性,综合考虑弹头与弹体之间的相互作用,利用无根多刚体系统动力学方法在准弹体坐标系中建立了完整的偏转弹头导弹刚体动力学模型,并对其进行了线性化;在此基础上,对偏转弹头导弹通道间的耦合特性、弹头偏转对弹体运动的影响以及弹体动态特性进行了仿真分析。理论分析与仿真结果表明,偏转弹头导弹各通道之间是相互交连耦合的,弹头偏转将导致弹体向相反的方向运动,所建立的偏转弹头导弹动力学模型是正确合理的。     

基于Matlab/Simulink的潜地导弹出水运动仿真

为研究潜地导弹出水运动特性，建立潜地导弹出水运动数学模型，并在Matlab／Simulink环境下，建立潜地导弹出水运动仿真模型，进行数字仿真。仿真实验表明，该仿真模型较好地模拟了潜地导弹出水运动，为进一步研究潜地导弹出水运动及出水姿态打下基础。     

运载火箭空中发射伞降运动分析

主要计算了运载火箭内舱式空中发射过程中,运载器在点火以前,运载器及降落伞系统(物伞系统)从发射平台抛出后的运动轨迹及姿态。通过分析两刚体的力学关系,建立了九自由度的物伞系统数学模型,并进行仿真计算。由仿真结果可以决定其最佳的发射时间及姿态。     

潜地导弹出筒运动仿真

导弹的出筒运动决定了导弹水中运动的初始参数,直接影响导弹的水中弹道。通过建立潜地导弹出筒运动模型,研究导弹在出筒运动中所受到的外力以及在外力作用下导弹出筒参数的变化,分析潜艇的摇摆运动对导弹出筒速度和姿态的影响。仿真计算结果表明:潜艇的摇摆运动对导弹的出筒速度影响很小,对导弹的出筒姿态角影响较大,特别是潜艇的纵摇运动对导弹出筒姿态角的影响比较显著,且潜艇摇摆运动的周期越大,导弹的出筒姿态越接近垂直。     

吸气式重复使用运载器设计初步研究

分析了国内外吸气式可重复使用天地往返运载器的研究现状,在此基础上提出了一个水平起飞和着陆的单级吸气式运载器方案.采用Euler方程数值解法Dahlem-Buck公式和切楔法对该方案气动布局的亚、跨、超、高超音速气动特性进行了计算分析,由结果可见建立的气动布局可以满足总体方案设想中飞行任务的要求.对该方案拟采用的火箭基组合循环发动机(RBCC)进行了详细分析和性能计算,并在此基础上对该方案的飞行弹道进行了计算分析,通过与采用纯火箭发动机动力的天地往返运载器的飞行弹道对比表明,该方案能明显减小运载器的燃料消耗.     

水下航行潜艇尾流特征仿真建模方法

潜艇的物理特征是航空反潜传感器搜索潜艇的主要依据, 对潜艇特征进行准确的仿真建模能够实现 对潜艇的有效分析。本文以水下航行状态下的潜艇为背景，基于潜艇外部环境和内部工况因素，提出了一种尾 流特征仿真建模方法。通过仿真建立了潜艇内波尾流特征仿真模型和热尾流模型，仿真结果表明，所得模型从 雷达目视和红外探测两个维度模拟了水下潜艇的尾流特征，能够有效反映水下航行潜艇尾流特征。     

航母中程反潜区声呐舰对潜警戒能力分析

针对航母中程反潜区声呐舰对潜警戒能力评估问题,在分析航母中程反潜区警戒兵力反潜作战目的和要求的基础上,结合航母编队航渡过程中声呐舰的反潜作战过程及其战术行动方法,构建了航母中程反潜区声呐舰对潜警戒能力计算模型,并通过仿真计算,得出了典型条件下航母中程反潜区声呐舰的对潜警戒扇面角。所得结论可为航母中程反潜区声呐舰的配置和作战使用提供理论依据与参考。     

大型舰船受潜艇鱼雷攻击威胁扇面分析

根据潜艇鱼雷攻击海上活动目标的特点，在建立潜艇鱼雷攻击阵位计算模型的基础上，结合潜艇鱼雷性能，计算给出了航渡过程中大型舰船受潜艇鱼雷攻击的威胁扇面，为航渡过程中编队指挥员如何优化近程反潜兵力的配置提供了依据。     

有人无人直升机协同搜潜效能研究

通过分析直升机搜潜的任务过程,结合蒙特卡洛法的随机抽样特性,建立了基于蒙特卡洛法的效能 评估模型,用以评估直升机使用浮标搜潜的成功概率。基于仿真实验对有人直升机搜潜、无人直升机双机编组 搜潜、有无人直升机协同搜潜的效能进行了对比分析。     

航空磁探仪搜索概率模型建立与仿真研究

分析了反潜机使用磁探仪搜索潜艇的战术方法和搜索概率的解析式模型,根据典型搜潜战术方法做出假设,以此建立磁探仪搜潜概率的仿真模型,进行了仿真验证并对仿真结果进行分析。     

基于自航式声诱饵对抗的机载鱼雷命中概率仿真

为研究潜艇使用自航式声诱饵对抗条件下直升机空投鱼雷命中概率,基于对舰艇引导直升机空投鱼雷的过程分析,建立了舰艇引导机载鱼雷攻潜的参数解算模型、自航式声诱饵对抗自导鱼雷模型,分析了鱼雷命中条件.以美国MK-46鱼雷为例,运用模拟法仿真研究了在自航式声诱饵对抗条件下机载鱼雷的攻潜效果,结论对自导鱼雷在对抗条件下攻击潜艇的作...     

小型无人机的导航与制导仿真系统研究

研究了基于飞行器动力学模型的小型无人机的惯性组合导航与制导系统仿真技术,组合导航系统嵌入了飞行器的轨迹和姿态控制回路,建立了基于MATLAB/AEROSIM的组合导航计算机仿真系统,仿真系统包括惯性组合导航仿真模块、传感器仿真支持模块、飞行器6自由度动力学模型模块、飞行器轨迹生成、轨迹控制与姿态控制模块、导航仿真评估模块。基于该仿真系统,目前已开展惯性/卫星深组合、惯性/大气数据融合等理论算法和技术研究。     

准实时性前斜视INS/SAR组合导航滤波算法研究

为消除常规利用正侧视SAR图像辅助导航信息对惯性误差进行修正时的滞后影响,结合前斜视SAR成像工作特性,本文分析提出了新的准实时性组合导航滤波方案和算法,以解决SAR/INS组合导航系统中的量测滞后影响;本文分析了前斜视SAR成像辅助导航系统工作特点,分析了SAR量测输出模型;建立了准实时性前斜视INS/SAR组合导航滤波算法模型,并通过仿真分析了组合导航系统性能。仿真结果表明：采用所提出的惯性/SAR组合方案和算法,可以有效克服成规正侧视SAR辅助匹配输出滞后的影响,有效满足组合系统性能要求。     

一种基于集中滤波的SINS/DVL/USBL 水下组合导航算法

针对水下运载体的长时间高精度导航问题,提出一种基于集中滤波的捷联惯性导航系统(SINS)/声学多普勒测速仪(DVL)/超短基线(USBL)水下组合导航方法,建立了杆臂在线估计的SINS/DVL速度观测模型和SINS/USBL相对量测信息观测模型,并利用参考信息判定结果实时更新量测方程及维数,既能保证精度,还能一定程度上减少运算量。理论仿真和湖面试验表明,本算法能够实现长时间高精度的水下导航定位,具有可行性。     

基于气动模型辅助的四旋翼飞行器室内自主导航方法

 惯性/卫星/磁传感器/气压高度计组合导航系统是四旋翼飞行器常用的导航方案。但在室内飞行时,由于卫星导航系统不可用,该导航方案的测速及定位精度难以满足四旋翼飞行器的自主飞行需求,从而制约了其室内自主飞行能力。为解决该问题,在利用四旋翼飞行器气动模型的基础上,提出了惯性/磁传感器/声纳传感器/气动模型组合导航方案。通过分析四旋翼飞行器的气动模型特性,揭示了气动模型辅助自主导航的内在机理;提出了气动模型辅助导航算法,并设计了具体的实施流程。最后,结合OS4型四旋翼飞行器的气动模型特点,搭建了气动模型辅助导航方案的验证平台,对四旋翼飞行器的室内悬停与机动飞行进行了仿真模拟。仿真结果表明,气动模型辅助导航方案可以显著提高室内飞行时的测速与定位精度。该方案无需增加其他传感器,具有自主性强、成本低和零载重的优点,在四旋翼飞行器室内导航中具有较好的应用价值。