基于预置动压的高超声速飞行器上升段轨迹设计

针对高超声速飞行器燃料最省上升轨迹的研究问题,为实现高超声速飞行器的燃料最省上升轨迹快速求解,对定动压情况下高超声速飞行器上升段轨迹特性进行了研究分析,给出了定动压情况下高超声速飞行器燃料最省上升轨迹的快速反解方法,总结分析了不同定动压下的上升轨迹特性,并在此研究的基础上提出了基于预置动压的高超声速飞行器上升段轨迹设计方法。该方法可以通过设计燃料最省的动压曲线,反解出该预置动压下的上升轨迹参数,得到一条近似燃料最省最优解的轨迹。仿真结果表明,经过解算得到的上升轨迹结果与高斯伪谱法得到的最优上升轨迹结果基本相似。     

基于自适应IMM的高超声速飞行器轨迹预测

为了给基于预测命中点法的高超声速飞行器中制导拦截提供先验知识,提出高超声速飞行器的轨迹预测方法。首先,给出高超声速环境下与目标姿态近似线性的气动参数;其次,针对气动参数作控制量的运动模型,设计自适应交互多模型（IMM）跟踪算法,并进行性能有效性验证;然后,根据气动参数特性和目标假设机动方式,设计基于最小二乘拟合的轨迹预测方法。通过对目标轨迹进行跟踪和预测仿真,预测100 s的位置误差均小于5 km,速度误差均小于100 m/s,结果表明基于自适应IMM的轨迹预测方法对有规律机动的目标进行轨迹预测,效果良好。     

基于反步滑模法的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制

针对四旋翼飞行器轨迹跟踪对控制的精确性、稳定性要求高的特点,采用反步滑模法设计了四旋翼飞行器轨迹跟踪控制器。首先,基于反步滑模法针对所建四旋翼飞行器非线性模型设计轨迹跟踪控制器,并采用内外双回路结构分别控制姿态和位置;然后,从理论上证明了所设计的控制器的稳定性。仿真结果表明,所设计的控制器能够很好地实现轨迹跟踪控制。     

时变可靠性分析的高效近似最大可能轨迹法

现有的时变可靠性分析方法在处理飞行器复杂时变可靠性分析问题时,存在求解效率过低的问题。在基于近似最大可能轨迹的时变可靠性分析方法的基础上,根据时间离散所得串联系统瞬时可靠度最小的组件决定整个系统可靠度的特点,在最大可能轨迹自适应建模过程中同时考虑轨迹模型的预测误差和预估值增加样本,提出时变可靠性分析的高效近似最大可能轨迹法;采用解析算例验证最大可能轨迹自适应采样方法的有效性,并将该可靠性分析方法应用于水动力涡轮叶片和某空天飞行器机翼的时变可靠性分析。结果表明：在精度相近的情况下,所提方法对极限状态函数调用次数不高于基于时间离散的可靠性分析方法的3%。     

冲压发动机-飞行器加速过程轨迹最优化研究

为了研究吸气式飞行器加速过程的最优轨迹，针对一个以冲压发动机为动力的超声速飞行器，由起始状态19km(约2.7马赫)至终点状态25km(约6.0马赫)的加速爬升过程，提出了一种考虑发动机推进机理的加速过程轨迹最优化方法。将理想的冲压发动机模型与竖直平面飞行器动力学模型相结合，考虑不启动保护约束，分别定义了最小油耗和最小时间两种轨迹最优化问题，并应用高斯伪谱法进行求解。结果表明，轨迹最优化问题的实质是将发动机比冲和推力性能与飞行器动力学性能进行最优化匹配。最小油耗轨迹较最小时间轨迹增加了30.3%的加速时间，节约了4.7%的燃油消耗。不同的起飞重量对最小油耗轨迹有一定的影响，较大的起飞重量需要飞行器在爬升前获得更大的动压。     

高超声速飞行器发射段运动模态特征分析

在发射段,吸气式高超声速飞行器和助推火箭构成了一个整体,其运动轨迹属机动轨迹,以此轨迹作为基准状态的运动模态受轨迹机动性的影响.以某吸气式高超声速飞行器和助推火箭组成的整体为研究对象,采用“系数冻结法”,选取机动轨迹跃升段上一个典型的冻结点,建立了线性模型.通过计算分析,得出了飞行器在该点的模态特征,并揭示了轨迹参数和飞行器结构的不对称性对运动模态的影响机理.所得结论对高超声速飞行器的控制器设计和发射轨迹选择有重要意义.     

基于NFTET的高超声速飞行器再入容错制导

针对以X-33为对象的三自由度高超声速飞行器,采用相邻可行轨迹存在定理(NFTET)设计了容错制导律以解决再入段执行器发生故障的轨迹重构问题。在标称情况下采用预测校正算法生成满足再入过程约束和终端约束要求的再入轨迹;当执行器发生故障时,飞行器气动参数、结构和舵面力矩都可能发生不可预测的变化,原先的轨迹不再满足制导要求,因此需要设计新型容错制导律。针对实际再入制导模型,基于NFTET设计容错制导算法对轨迹进行重构,得到满足故障情况下制导任务的可行轨迹。从仿真结果中可以看出,容错制导算法生成的新轨迹重新回到了约束范围之内,轨迹呈收敛趋势,使得高超声速飞行器从故障恢复到正常飞行状态,提高了飞行器的自主容错能力。     

飞行器轨迹优化方法综述

飞行器轨迹优化是飞行器总体设计的关键环节,特别是在现代空间飞行器和高超声速飞行器设计过程中发挥着重要作用.在全面调研国内外现有轨迹优化技术的基础上,提出了飞行器轨迹优化新的分类方式,概述了多种飞行器轨迹优化的原理和应用,并详细分析了各自的优缺点和发展趋势.最后介绍了现在实际应用的多种轨迹优化软件.     

亚轨道飞行器能量管理段轨迹设计

亚轨道飞行器（SRLV）通过跟踪特定的轨迹来实现对能量的控制与管理,轨迹设计是能量管理的一项关键技术。深入研究了亚轨道飞行器能量管理段（TAEM）轨迹的设计思想、准则和流程;提出了一种基于待飞距离规划动压剖面的轨迹设计方法,通过调整航向调整段的动压剖面,保证飞行器以亚声速状态进入航向调整段,避免飞行器转弯超调;提出了采用顺风作为轨迹设计的缺省状态,保证飞行器在严重的逆风状态下仍然可以满足着陆窗口约束;通过具体算例进行仿真分析,验证了设计方法的有效性。     

临近空间飞行器轨迹分析与组网性能仿真

近年来,临近空间组网成为研究热点,然而临近空间飞行器运行轨迹复杂和高动态的特性为实现可靠通信增加了难度,必须使用合适的移动模型对其性能进行仿真分析。分析了临近空间飞行器完整的运行轨迹,利用QualNet平台建立了飞行中各个阶段的模型,并基于无线自组网按需平面距离向量（AODV）路由协议进行了性能仿真,仿真结果为今后设计空天地-体化飞行器测控通信网提供了一定的依据。     

RLV再入返回喷流控制策略研究

针对可重复使用运载器(RLV)再入初始阶段反作用控制系统(RCS)姿态控制问题,提出了混合整数线性规划(MILP)实现RCS喷流控制策略,并应用反馈线性化理论实现RLV再入六自由度非线性模型的线性化,设计了PID控制器,并完成典型制导指令跟踪仿真.仿真结果验证了MILP控制策略的有效性.     

飞机生存力评估与综合权衡方法研究

分析了飞机生存力的影响因素,基于每个因素对生存力的影响重要程度提出了评估飞机生存力的权重系数法和综合评估法;并考虑到飞机生存力的提高必须以费用作为代价,提出了一种飞机生存力/寿命周期费用综合权衡方法。飞机生存力评估方法和飞机生存力/寿命周期费用综合权衡方法的提出,将对飞机生存力提高和生存力设计产生积极的影响。     

New criterion for aircraft susceptibility to infrared guided missiles

This paper assesses aircraft susceptibility from the first principles, with respect to the threat posed by passively guided infrared homing missiles; with an objective of gaining insight into the comprehensiveness of the relationship between aircraft susceptibility and aircraft infrared signature level. The conventional criterion of aircraft susceptibility assessment based on its lock-on envelop is found to be inadequate, and a new criterion termed here as the Lethal Envelop is presented. The proposed susceptibility assessment criterion is more relevant for coming generation of infrared-guided missiles, because of advancements in the infrared detection technology. A threshold infrared signature level is also proposed as benchmark to be satisfied by all infrared signature suppression systems; if aircraft susceptibility to infrared guided missiles is to be reduced. This analysis is vital for gauging the effectiveness of infrared signature suppression systems. A typical air-to-air combat situation is simulated, and the results that lead to aircraft susceptibility assessment are obtained from this model, which illustrates the comprehensiveness of the redefined aircraft susceptibility assessment approach.     

Validation and comparison of coordinated turn aircraft maneuvermodels

A major challenge posed by aircraft tracking problems is the nondeterministic nature of an aircraft flight, due to the difficulty of predicting the pilot's actions. Accurate aircraft maneuver models are however highly desirable, particularly in air defense applications, to achieve accurate tracking and prediction. Through analysis of actual fighter aircraft trajectories and comparison with the Singer maneuver model, particularly in terms of prediction performance, coordinated turn (CT) aircraft maneuver models are presented, compared, and validated. A more general CT model is shown to better model actual trajectories than the classical CT model used in the literature     

Multipoint optimization on fuel efficiency in conceptual design of wide-body aircraft

Aircraft conceptual design optimizations that maximize the performance at a design condition (single-point) may result in designs with unsatisfying off-design performance. To further improve aircraft efficiency under actual flight operations, there is a need to consider multiple flight conditions (multipoint) in aircraft conceptual design and optimization. A new strategy for multipoint optimizations in aircraft conceptual design is proposed in this paper. A wide-body aircraft is taken as an example for both single-point and multipoint optimizations with the objective of maximizing the specific hourly productivity. Boeing 787-8 flight data was used in the multipoint optimization to reflect the true objective function. The results show that the optimal design from the multipoint optimization has a 7.72% total specific hourly productivity increase of entire flight missions compared with that of the baseline aircraft, while the increase in the total specific hourly productivity from the single-point optimal design is only 5.73%. The differences between the results of single-point and multipoint optimizations indicate that there is a good option to further improve aircraft efficiency by considering actual flight conditions in aircraft conceptual design and optimization.     

基于MAS的舰载机动态调度模型

基于多主体系统(MAS)技术研究了充分考虑舰载机故障与维修影响的实时动态调度模型.通过系统分析舰载机的基本作业流程,建立了3层混合控制的柔性模型架构.充分考虑故障等系统扰动的影响,提出基于合同网协议(CNP)的两级交互协同机制提高主体(Agent)问的协商效率,并尽可能消除重调度的影响.给出Agent个体的抽象原则以及开放性式内部结构.深入探讨了基于MAS的舰载机动态调度的基本算法.最后,选取舰载机的典型任务,在特定舰载机可靠性维修性水平下对调度过程进行仿真验证,获取了与实际调度过程趋势相符的舰载机出动能力曲线,证明了模型的可行性.     

一种针对结构损伤的非线性容错飞行控制方法

飞机结构损伤会引起气动参数变化,进而影响系统的静稳定性和控制精度。针对具有多输入的非线性飞机模型,利用带有二阶命令滤波器的自适应反步控制方法在线估计飞机气动参数,补偿结构损伤导致的气动参数变化对控制系统的影响,以实现容错飞行控制功能;引入的命令滤波器可以避免反步控制中复杂的求导运算。从理论上分析证明了带有二阶命令滤波器的自适应反步控制的闭环系统稳定性,并给出了控制跟踪误差的理论上界和二阶命令滤波器频率参数选取的下界。通过一个大型客机垂直尾翼脱落场景的仿真实验,验证了所提容错控制方法的有效性。     

经典机型的机翼整体油箱布置分析

随着飞机设计技术的发展,机翼整体油箱已经成为改善飞机性能、减轻飞机质量的一项重要措施。针对波音B737、A320等几个经典机型的机翼整体油箱结构布局、油泵布置和用油顺序进行了分析,以期对整体油箱设计起一定的参考和借鉴作用。     

平尾积冰对飞机纵向气动参数的影响

建立飞机纵向动力学模型,基于最大似然参数估计原理,设计用于辨识飞机纵向气动参数的辨识系统,并对辨识系统的正确性和精确度进行了验证.以DHC-6飞机飞行试验数据为依据,对未积冰飞机和两种平尾积冰冰型的飞机进行纵向气动参数辨识,通过对比3种情况下飞机纵向气动参数的辨识结果,定量分析了平尾积冰对飞机纵向气动参数的影响.结果表明:平尾积冰将导致飞机纵向气动特性恶化,俯仰阻尼可减小15％,升降舵效率可降低20％,对飞行稳定性、操纵性以及飞行安全构成一定的威胁.     

基于MAS的舰载机动态调度模型

基于多主体系统（MAS）技术研究了充分考虑舰载机故障与维修影响的实时动态调度模型。通过系统分析舰载机的基本作业流程,建立了3层混合控制的柔性模型架构。充分考虑故障等系统扰动的影响,提出基于合同网协议（CNP）的两级交互协同机制提高主体（Agent）间的协商效率,并尽可能消除重调度的影响。给出Agent个体的抽象原则以及开放性式内部结构。深入探讨了基于MAS的舰载机动态调度的基本算法。最后,选取舰载机的典型任务,在特定舰载机可靠性维修性水平下对调度过程进行仿真验证,获取了与实际调度过程趋势相符的舰载机出动能力曲线,证明了模型的可行性。