基于预测控制的大迎角控制器设计

针对直接力和气动力复合控制的战术导弹大迎角转弯问题,设计了一种基于预测控制的大迎角控制器。首先建立复合控制导弹控制模型,设计扩张状态观测器实时估计导弹大迎角飞行时的不确定因素;然后利用连续时间非线性预测控制设计大迎角控制器;最后,由迎角指令得到控制量,通过设计的控制分配策略将控制量分配给气动舵和直接力系统。仿真结果表明,所设计的控制器对迎角指令的跟踪效果良好,且对于气动扰动有着良好的鲁棒性,适用于战术导弹大迎角转弯控制。     

点火药量对微型脉冲推力器内弹道性能的影响

研究了用于高速动能导弹和超高速火箭弹道修正的微型脉冲推力器的三种推力—时间(F-t)曲线,发现由于脉冲推力器点火药量与主装药量之比明显高于常规固体火箭发动机该两者的比值,点火药量的多少会对推力器F-t曲线的形状和内弹道性能产生明显影响。必须严格控制点火药量,特别是引燃药剂的量,才能获得较为满意的内弹道性能。      

脉冲推力作用下的火箭弹扰动运动分析

小型脉冲火箭发动机是中小口径制导火箭弹主要的控制执行机构,其特点是尺寸厘米级、工作时间毫秒级,利用它可以在控制系统的控制下改变火箭弹的飞行方向,达到弹道修正的目的。本文就是利用火箭外弹道原理,通过大量计算分析,研究在脉冲发动机推力作用下火箭弹的摆动运动规律,分析结果为小型脉冲火箭弹的脉冲控制设计提供了一定的依据。     

姿控式直接侧向力与气动力复合控制策略设计

针对自旋导弹直接侧向力与气动力复合控制问题,提出一种分阶段复合控制策略,该策略充分考虑了直接侧向力离散控制和空气舵连续控制的特点,将弹体迎角和侧滑角响应过程分为上升段和保持段以实现快速精确跟踪。上升段考虑固体脉冲发动机的快响应特性,利用整数线性规划(ILP)得到了需要开启的脉冲发动机数量,产生直接侧向力控制导弹快速建立迎角和侧滑角。保持段则基于动态逆控制和自抗扰控制技术,通过空气舵控制迎角和侧滑角稳定在期望值,以克服侧向喷流干扰效应和大迎角飞行带来的非线性耦合的影响。仿真结果表明,依靠直接侧向力与气动力的分时串联作用,可以有效地抑制复合系统的外扰和模型不确定性的影响,显著加快拦截导弹的过载响应速度。     

基于反预警的反拦截中段规避突防策略

为了充分挖掘多脉冲机动突防的潜力,提高弹道导弹中段机动突防能力,提出一种基于反预警的反拦截中段规避突防策略。首先,分别以脉冲点火点及点火间隔为搜索节点与步长,视敌方拦截系统为威胁源并转化为航迹规划中的约束条件,将多脉冲弹道的设计问题转化成无人机避障航迹的规划问题。然后,在综合考虑敌方探测系统延迟和拦截系统部署及性能的基础上,选取最优的脉冲点火参数。最后,研究了脉冲增量和探测系统延迟对多脉冲规划的影响。仿真结果表明:所提出的突防策略通过多脉冲机动增加敌方预测误差,使其不能收敛与准确预警,当敌方的预测误差收敛且准确预警时,导弹却处于其拦截范围之外,无法进行拦截;能根据获取的最新战场信息,在线下60s内设计出一条多脉冲突防弹道。此外,还能根据任务的需求,提高(降低)导弹的飞行高度、平均飞行速度,缩短(增加)20%~35%的飞行时间。     

有点火窗口限制的ALCM下滑段多约束制导策略

针对空射巡航导弹(ALCM)投放后需要在指定的高度拉平,同时还必须满足空速不超过临界马赫数的条件,考虑到点火窗口约束,还需对终端空速和迎角进行精确控制问题,提出了一种下滑段多约束制导策略。该制导策略首先利用风廓线补偿风干扰,将空速约束转化为地速约束;然后建立了下滑段的线性化动力学方程,并设计了含偏置量的目标函数,从而获得了同时满足终端高度、弹道倾角、地速和迎角约束的最优法向加速度;最后将过程约束转化为法向加速度边界。仿真结果表明,该制导策略能够满足下滑段的所有约束,具有终端弹道参数散布小、鲁棒性好的特点。在此基础上,还分析了不同点火高度下的可投放区及其影响因素,为ALCM的应用和改进提供了理论依据。     

敏捷导弹六自由度动力学建模与仿真

研究了敏捷导弹六自由度导弹动力学建模和仿真问题，首先给出了用于拦截器的姿控脉冲发动机和用于空空导弹敏捷转弯的反作用喷气控制系统的力学模型，然后给出了带干扰（包括风的干扰）的具有大迎角大姿态机动能力的敏捷导弹的六自由度动力学模型，最后利用上述模型对先进空空导弹的越肩发射进行了仿真，并给出了部分结果。该模型除了可以进行一般的导弹动力学仿真外，尤其适用于空空导弹敏捷转弯（含越肩发射），高空弹道导弹拦截器的大姿态机动等的仿真计算。     

基于ADRC的舰载机着舰飞行控制系统解耦设计

针对舰载机在着舰下滑时飞行轨迹不稳定、在控制升降舵的同时还需要进行发动机推力补偿的问题,建立了舰载机纵向着舰飞行姿态运动模型,采用自抗扰控制技术对着舰飞行控制系统进行解耦。首先,将俯仰角回路和迎角回路中的耦合项视为扰动,设计扩张状态观测器对回路中的状态量和总扰动进行估计;然后,采用非线性状态误差反馈律和扰动实时补偿来计算虚拟控制量,并通过控制分配得到升降舵和发动机推力控制量。仿真结果表明,在升降舵偏转角和发动机推力可用的范围内,所设计的姿态控制系统和动力补偿系统能使航迹角快速、准确地跟踪姿态角指令。     

小型运载火箭大气层飞行段飞行程序设计研究

针对小型运载火箭大气层飞行段飞行程序设计原则,提出并比较分析了指数斜率型、三角函数型、两段直线型和抛物线型等4种大气层飞行段飞行程序设计方案,研究了多次有迎角转弯技术在大推重比运载火箭大气层飞行段飞行程序设计中的应用。仿真结果表明,对于大推重比小型运载火箭,大气层飞行段采用多次有迎角转弯技术,可在一定程度上克服传统飞行程序设计方案带来的大迎角转弯问题。研究结果为小型运载火箭总体方案设计和弹道优化设计研究提供了理论基础。     

应用气动谐振点火的氢氧小发动机试验

将气动谐振点火技术应用于小推力氢氧火箭发动机的设计,通过分析不同混合比下的比冲和燃气温度,确定了氢氧小发动机的总体参数,开展了在不同工况下点火器的单独试验,氢氧小发动机的全系统试验以及小发动机脉冲起动试验。研究结果表明,氢氧小发动机可以实现多次重复起动,结构完好,性能稳定,验证了应用气动谐振点火技术氢氧小发动机的可靠性及方案的可行性。     

考虑力/热/结构多场耦合效应的飞行弹道预测

高超声速飞行器气动力/热/结构多场耦合的一个典型效应是热弹性变形,从而引起气动力变化及配平变化,并进一步改变飞行弹道与控制方案。将FL-CAPTER高超声速多场耦合分析软件拓展至飞行力学领域,建立了考虑气动力/热/结构多场耦合效应影响的弹道模拟新方法,并针对给定舵偏角下自主配平控制的助推-压缩楔组合体外形,开展不同耦合时间尺度下的飞行弹道特性研究,初步探讨分析了多场耦合效应对飞行弹道的影响。研究结果表明：对于助推-压缩楔组合体外形,考虑多场耦合效应后,变形将带来配平迎角增大,飞行器升力、阻力同时增大,升阻比降低,弹道飞行高度增加,飞行马赫数降低,航程变短等一系列影响;同时,气动/弹道耦合计算时间步长的选取对弹道仿真结果存在较大影响,当步长选取过大时,会带来非物理振荡,导致计算结果失真;所提出的基于变形量回溯插值技术的双时间步修正方法能够有效提高弹道仿真精度,削弱因时间步长选取过大造成的非物理振荡。相关研究对认识多场耦合效应与飞行弹道的耦合机理及弹道设计等可提供重要参考。     

点火能量对脉冲爆震发动机性能的影响

针对以汽油-空气为推进剂的吸气式脉冲爆震发动机,研究了点火能量及工作频率对发动机点火-起爆时间和发动机推进性能的影响。结果显示,随着点火能量的提高,点火-起爆时间逐渐减小,脉冲爆震发动机平均推力逐渐增加。随着发动机工作频率的提高,点火-起爆时间也逐渐减小,发动机稳定工作的最佳油气当量比减小,发动机平均推力接近线性增加;但是点火能量对发动机点火-起爆时间的影响随着工作频率的提高而有所降低。     

脉冲爆震发动机点火起爆控制规律

点火起爆过程对爆震波形成起关键作用。点火起爆过程和充填过程紧密相连，合理控制点火起爆是保证脉冲爆震发动机稳定工作的前提，研究中定义了点火起爆控制因素，给出了点火时刻估算方法，分析了点火延时和点火频率影响因素，在理论分析基础上给出脉冲爆震发动机点火起爆控制规律。     

点火药量对双脉冲固体火箭发动机点火过程影响

为了确定第二脉冲点火药量对双脉冲发动机点火过程的影响规律,以某双脉冲固体火箭发动机为模型,采用轴对称非定常Navier-Stokes方程和标准k-e湍流模型,对第二脉冲点火过程进行了仿真,研究了点火装置工作持续时间和点火燃气流量对于点火延迟的影响.研究结果表明:点火燃气流量相同时,增加点火装置工作持续时间可以有效减小第...     

基于旋转阀的脉冲爆震火箭发动机实验

针对现有条件下电磁阀高频与大流量不可兼得的矛盾,设计了一种凸轮式旋转阀,以此来控制脉冲爆震火箭发动机氧化剂、燃料和隔离气体的间歇式供给.基于该旋转阀,以汽油和富氧空气为推进剂,进行了不同频率下的实验.实验结果表明,推进剂和隔离气供给压力与点火相位直接影响到能否稳定起爆.随着频率的增加,在1～ 10 Hz范围内,降低隔离氮气压力、调整点火相位可实现发动机的稳定工作;10Hz以上时,仅需要提高油气的供给压力.基于该旋转阀控制技术,脉冲爆震火箭发动机实现了工作频率30 Hz的稳定工作.     

隔层式多脉冲发动机点火延迟数值仿真研究

隔层式多脉冲发动机点火过程较常规发动机有很多不同,为获得端燃型隔层式多脉冲发动机的点火延迟特性及其影响因素,建立物理和数学模型,采用MpCCI耦合器作为FLUENT与ANSYS的数据交换平台,模拟点火燃气填充隔层和隔层变形过程;采用FLUENT计算多脉冲发动机火焰传播过程及填充过程。计算结果表明,与传统固体火箭发动机相比,在相同点火药量的情况下,多脉冲发动机的点火延迟大大增加;推进剂燃速越高,点火延迟越小;燃烧室自由容积越大,点火延迟越大;隔层材料对点火延迟影响较小。可以通过适当加大点火药量和提高燃速来减小点火延迟。     

姿控脉冲发动机点火逻辑优化控制算法

针对拦截弹末制导姿控脉冲发动机组合点火问题,利用吱呀轮优化(SWO)的导向式快速搜索特点,提出了一种基于SWO的点火逻辑优化控制算法。在分析脉冲发动机数学模型和点火控制约束条件的基础上,将脉冲发动机的组合点火问题转化为任务调度问题,并与贪心算法和遗传算法进行比较。仿真结果表明,该算法能够满足控制精度和实时性要求。     

基于全方位发射的反坦克导弹关键技术研究

针对基于全方位发射的反坦克导弹,介绍了国内外对于垂直起飞-快速转弯技术、大迎角飞行技术及制导控制系统设计等若干关键技术方面的研究现状.研究表明,气动力/推力矢量复合控制技术是解决快速转弯的有效策略,空中自主完成全方位快速转弯是全方位发射的关键,以比例导引为基础的滑模变结构多条件约束制导律是反坦克导弹制导控制的研究方向.在此基础上,分析了反坦克导弹滚转飞行和大迎角飞行过程中存在的问题,给出了相应的研究方法,并从快速机动响应、复合制导、末端约束导引和指控一体化等方面展望了反坦克导弹的发展趋势.     

二次点火发动机最优增程设计与分析

研究了采用二次点火发动机对火箭弹进行增程的最优设计方法与设计原理，用罚函数法把约束条件构成统一的目标函数，再用直接寻优法进行计算，分析了火箭弹倾角、再点火时间及总冲分配等因素对射程的影响。结果表明，二次点火发动机技术可以实现远程火箭弹增程最大的设计要求，且最优发射角对射程影响极大；总冲分配最佳时，总的阻力消耗最小，增程率越大；再点火时间的影响相对较弱。同时还比较了二次点火发动机工作时的火箭弹弹道与一般弹道的区别，及其对阻力和射程的影响。     

固体火箭发动机内弹道性能预示的一种方法

介绍一种在固体火箭发动机药型及其尺寸一定的条件下,利用发动机静止点火试验结果预示其内弹道性能的方法。利用这一方法,可以计算在概率条件下发动机的内弹道参数及总体参数的散布。