基于蚁群算法的高超声速飞行器气动布局优化设计

针对目前飞行器优化设计领域遗传算法计算量大、效率低的情况,提出了基于连续空间蚁群算法的高超声速飞行器气动布局优化设计方法.蚁群算法是近年来发展的一种全新仿生算法,具有全局性和高效性等特点,已经成功地应用于离散空间的优化设计.采用连续空间蚁群算法,对高超声速飞行器进行了多变量、多约束下的气动布局优化设计,并与采用遗传算法和约束可变多面体法的优化结果进行了对比,指出了蚁群算法的优点.本文的研究可为蚁群算法应用于复杂、高维的大规模飞行器设计问题提供参考.     

内装式空中发射运载火箭重力出舱运动分析

对运载火箭重力出舱方式进行了详细研究,给出了阻力伞和载机姿态的选取方法,结合气动力数值计算,分析了分离过程中载机、运载火箭和阻力伞之间的相互影响,为进一步研究及工程实践提供了理论依据.     

高超声速飞行器机身/超燃冲压发动机一体化设计研究

开展了高超声速飞行器机身/超燃冲压发动机一体化设计方法的研究.以多目标遗传算法为优化方法,采用一维流动模型计算性能指标,对机身下壁面前体和后体型线进行了优化设计,得到了Pareto最优前沿面.计算结果表明该方法可大大提高机身/发动机的匹配水平,获得高性能的设计方案.该方法可进一步推广应用于包含更加精确的流动模型的优化设计当中.     

螺旋俯冲机动突防的制导律设计

针对识别和拦截技术高度发展所带来的突防难题，提出高超声速滑翔飞行器（HGV）螺旋俯冲机动突防的概念，并为此设计了一种基于虚拟滑动目标的自适应比例导引律。首先，通过分析HGV绕目标飞行的运动学特性，建立对数型的螺旋运动模型，以该模型为基础利用曲线渐伸线原理设计虚拟目标的滑动轨迹。然后，采用包含时变附加项的比例导引律追踪虚拟目标，从而实现引导HGV进行螺旋俯冲机动以及对真实目标的打击。接着，为提高虚拟目标的跟踪精度以及抵抗外部干扰的能力，设计了制导参数的闭环非线性自适应律，能根据当前偏差在线选择制导参数值。此外，还分析了满足收敛条件的制导参数的取值范围以及其进入闭环更新的策略。最后，分别针对静止目标和低速移动目标进行数值仿真验证，结果表明所设计的制导律不但能够引导HGV实施螺旋俯冲机动，还能够准确地命中目标。     

基于STK的卫星视景仿真软件的设计与实现

基于STK和STK/Connect模块构建了卫星实时仿真系统框架。以VC＋＋6.0为平台开发了卫星实时视景仿真软件,并详细给出了VC和STK集成、仿真数据的发送解析、仿真时间同步等关键技术的实现步骤。该软件利用UDP/IP协议接收数值仿真机广播的卫星仿真数据并进行解析,通过STK/Connect模块发送指令,实时驱动STK进行二维和三维视景渲染,实现了卫星在轨运行状态的实时视景显示。     

运载火箭空中发射系统约束建模与仿真

约束模型的建立与分析是研究运载火箭空中发射系统的一个重要组成部分。缆索系统在内装式和拖曳式等重要的运载火箭空中发射方式中对系统起约束作用,通过对两种有代表性的缆索模型建立数学模型,进而导出了内装式运载火箭空中发射系统的约束模型。运用所建立模型在Matlab环境下编制了内装式空中发射系统约束仿真程序,并进行了仿真运算与仿真结果分析。研究结果可为相应空中发射系统的设计、性能预测和评估提供依据。     

高超声速滑翔飞行峰点高度确定方法

针对快速准确获取高超声速滑翔峰点高度的问题,提出了一种在给定初始速度大小的情况下峰点高度计算的迭代算法。考虑将动压和过载约束条件统一到热流率约束条件上,首先在常数速度条件下估算了峰点高度,然后依据峰点高度容许误差迭代计算了峰点高度的修正值,最后通过算例进行了验证。仿真结果表明,该算法计算速度快、精度高,具有同时处理三种约束条件的通用性。     

基于线性规划的气动舵重构控制分配

控制分配解决给定的期望控制力矩到可用气动舵面的分配问题,对于飞行控制系统的重构具有关键性作用。提出一种基于1范数的混合多目标优化方法描述控制分配问题。针对飞行器气动舵面控制分配的特性,将1范数优化问题转化为标准的线性规划模型。仿真结果表明,所设计的控制分配方法是有效的,可以实现气动舵面的重构控制分配。     

轨控式复合控制导弹制导与控制一体化反步设计

针对轨控式复合控制导弹制导与控制一体化设计问题,结合动态面反步设计和非线性干扰观测器(NDO)技术,设计了一种基于非线性干扰观测器的制导控制一体化反步控制方法.首先建立了复合控制导弹纵向通道制导控制一体化模型,在此基础上分三步设计反步控制器,设计过程中采用了动态面方法,通过引入一阶低通滤波器,得到虚拟控制量的微分,避免了传统反步设计中的“计算膨胀”问题,同时采用NDO对模型不确定性进行估计并加以补偿,实现了对气动系数摄动和目标机动的鲁棒性.基于李亚普诺夫稳定性理论证明了闭环系统所有误差信号最终一致有界.仿真结果表明本文设计的基于非线性干扰观测器的复合控制导弹制导控制一体化反步设计方案的正确性和有效性.     

RCS/气动舵自适应控制分配方法研究

控制分配解决给定的期望控制力矩到各个可用的执行机构的分配问题.针对传统的基于控制策略的可重复使用运载器再入控制分配方法的不足,提出了一种基于混合整数线性规划的RCS/气动舵自适应控制分配方法;避免了控制策略依赖于具体标称弹道和飞行器飞行控制效率的特性,缩短了飞行控制系统的开发周期,增强了飞行任务的灵活性和自主性.仿真结果表明,所设计的控制分配方法是有效的,能够实现RCS和气动舵的自适应控制分配.