基于动态逆-滑模的高速飞行器控制器设计

吸气式高超声速飞行器巡航状态下飞行环境复杂,建模时存在非线性以及参数摄动.基于小扰动假设的传统经典控制理论难以适应当前任务对鲁棒性的要求,对此提出了一种非线性动态逆-滑模控制律改进方法.通过对吸气式高超声速飞行器模型精确反馈线性化得到解耦形式的线性方程,为速度和高度设计出动态逆控制律来抵消非线性特性,在动态逆的基础上采用滑模变结构来补偿参数摄动带来的误差.仿真结果表明,所设计的控制方法具有良好的动态性能及鲁棒性.     

带非线性支撑的转子有限元模型求解方法

用数值方法研究了非线性支撑的柔性转子系统的动学行为,提出了一种将有限元与非线性支撑结合的模型和求解方法。利用有限元法(FEM)构建转轴和转盘部分的模型,通过矩阵进行组合;利用离散元方法对包含滚动轴承和挤压油膜阻尼器(SFD)的支撑部分进行建模,此部分包含4个单元,分别为轴承内圈、外圈、SFD内圈和支撑鼠笼。有限元部分和离散元部分通过轴端节点相连,仿真过程中轴端位移传递给非线性支撑部分,支撑部分通过位移计算得到的非线性力反过来作用于有限元转子轴端部分。为了耦合求解有限元转子和非线性支撑组成的数学模型,提出了一种综合的迭代求解方法,克服传统的有限元求解方法对轴端隐性非线性支撑的求解局限性。由于转轴部分采用了Timoshenko梁单元建模,对比与简单转子模型,可以考虑陀螺力矩和轴的柔性特征,更能体现非线性支撑对振动真实影响。在建立的20个轴单元的有限元转子模型中,非线性响应更多体现在靠近非线性支撑的节点1和节点21处,响应频谱中靠近轴端的节点能体现出滚动轴承的2倍和3倍变柔振动频率。     

细长杆降低超声速客机气动噪声的数值分析

在超声速客机机头加装适当的细长杆可以降低飞行噪声。本文借助基于AUSM+格式的准三维数值模拟手段对7组13种细长杆方案做了分析比较,总结出了近场气体参数与远场气体参数之间的关系的规律。文章还从气体动力学理论和激波理论出发,对数值模拟结果作了解释,并揭示了细长杆降噪效果与细长杆外形的内在联系,以及近场、远场两者关系的经验公式。文章从各种方案中选取了降噪效果较好的细长杆方案做三维流场分析,并通过流固耦合计算对其结构强度做了校核,验证了方案的可行性。     

一种非线性飞行控制律评估方法研究

研究了一种基于改进遗传算法的非线性评估方法。将非线性准则转换成简单的适应度函数,通过寻优找到最坏情况,在其基础上实现评估。仿真结果表明,该方法不仅能在各个飞行状态对飞行控制律进行非线性准则评估,而且能找出飞行包线内的最坏飞行状态,细化飞行包线,方法使用灵活,结果可靠。     

自动转移飞行器的轨控总体方案

介绍了欧空局的自动转移飞行器（ATV）的轨道控制方案和技术。给出了ATV的飞行方案、测量敏感器和执行机构的配置，以及在空间站调相段、寻的段、接近段和最终逼近段的轨控策略。     

一种双钟型喷管液氧/甲烷发动机系统方案

根据双钟型喷管高度补偿特点及技术研究现状,提出了一种双钟型喷管液氧甲烷发动机系统方案,进行了双钟型喷管基弧段及延伸段面积比优化,并与其他系统方案进行了性能对比分析。研究表明,对于地面起动的芯级发动机,采用双钟型喷管是提高发动机综合比冲性能以及运载器有效载荷的有效途径。     

地球同步卫星BSR硅太阳电池阵输出功率衰减规律分析

长期受粒子辐照、紫外辐照等因素的影响,地球同步卫星的太阳电池阵输出功率会出现较为明显的衰减。这里选取某地球同步卫星使用的背表面反射(BSR)硅太阳电池阵为研究对象,采用光强因子和温度因子修正太阳电池阵的输出功率,使用局部加权回归散点平滑法(LOWESS)分析了其在设计寿命期间的输出功率衰减规律;同时基于LOWESS建立了预测模型,用于硅太阳电池阵超寿运行期间的功率预测。实测数据表明:本文构建的预测模型可以满足超寿地球同步卫星在轨管理使用需求。     

导引头量测故障下的增量式三维制导律设计

考虑导引头量测故障下拦截机动目标的末制导问题,以提高制导系统的鲁棒性、降低制导增益、减小系统残差、避免视线角速率剧烈振荡/发散为目的,基于增量式控制方法设计了一种具有鲁棒增强特性的三维末制导律。首先,将末制导问题转化为零化视线角速率的控制问题。其次,通过弹目相对距离及视线角速率定义辅助变量,给出传统的滑模制导律作为设计参考。然后,基于增量式非线性动态逆滑模控制方法,充分挖掘视线角加速度估计信息及上一采样时刻的制导指令,得到增量式三维鲁棒制导律。最后,在目标机动及导引头量测故障下,分析并比较了两种制导律所产生的系统残差。理论分析及多工况仿真结果表明,增量式制导律不仅对目标机动及大范围失效的导引头量测故障具有强鲁棒性,而且所需制导增益也较小,同时避免了末端视线角速率严重发散的问题     

几种常用格式和湍流模型在高速流动中的适用性研究

针对高超声速飞行器中存在的强激波、激波/边界层干扰、分离、湍流等复杂流动现象,对比分析了当前计算流体力学中的主要空间离散格式及湍流模型,发现不同格式对强激波的分辨率基本相同,Roe和LDE(low diffusion E-CUSP(convective upwind split pressure))格式对摩擦因数和传热系数的模拟优于其他格式;S-A(Spalart-Allmaras)一方程湍流模型计算的摩擦因数比k-ωSST(shear stress transport)两方程湍流模型高10%左右,而后者预测的分离区约为前者的2倍,且分离点靠前.     

基于试验的电动舵机模型辨识

目前电动舵机模型的建立基本上是基于理论的数学推导,所建立的舵机模型与实际舵机模型存在一定的误差。针对此问题,提出一种基于试验实测数据建立舵机模型的方法,搭建自动数据采集试验平台,采用组合窗法对实测数据进行频域转换,得到舵机的频率响应函数并采用非线性最小二乘法辨识舵机模型。对辨识得到的数学仿真结果与实际舵机响应比较,在频域,整个频段内幅频特性最大绝对误差1.9 dB;在时域,仿真模型跟踪实际舵机角度的最大误差1.5°,延迟时间10 ms。结果表明,基于试验数据建立的舵机仿真模型能很好地模拟实际舵机。