意苏投标研制赫尔莫斯航天飞机用的可弹射座椅

法国达索尔航空公司1990年12月19日提出招标,研制赫尔莫斯航天飞机驾驶员用的可弹射座椅。原则上定于今年2月中句投标,月底定标。该公司负责推荐选择可弹射座椅的制造商,但最后决定由欧空局确认。有两个工业小组参加投标,他们是英国制造商马丁·贝克的一家意大利分公司小组和苏联的“星”(Zbezga)工业小组,后者是暴风雪号航天飞机可弹射座椅的制造者。将制造两架赫尔莫斯航天飞机,每架航天飞机上装备3个可弹射座     

弹射座椅不利姿态控制规律设计

弹射座椅在低空不利姿态下的弹射救生性能是第四代弹射座椅的关键技术,而控制规律算法设计则是姿态轨迹控制的核心问题。提出了一种全新的控制规律设计方法,通过建立弹射全过程的轨迹姿态仿真模型、设计控制参数寻优计算模型,得到离散化的最优控制参数集。利用基于误差逆向传播(BP)算法的多层前馈神经网络模型,获得弹射状态全区间范围内的连续性控制规律算法。以单滚转不利姿态为例,进行了控制规律算法的设计验证。结果表明,采用本文控制规律算法后,弹射座椅在最低安全救生高度性能指标上远远优于多模态控制规律、美俄联合研制的K36Л-3.5型座椅,并基本满足国军际的性能要求。设计方案简单明确,结果算法逼近理论最优值,可以为第四代弹射座椅控制规律设计提供一定的参考意义。      

四元数在弹射座椅性能仿真中的应用

针对弹射座椅性能仿真中欧拉角速率方程在大幅度姿态运动时存在奇异性,以及四元数法由于姿态角的有界性而出现跳跃、难以实现全姿态角的问题,提出了四元数与欧拉角相结合的方法.阐述了四元数的定义、几何意义及四元数表示的运动学方程.通过四元数到欧拉角的转换,给出了仿真中四元数的积分初值计算公式;分析了弹射仿真中姿态角的跳跃和间断问题.以某型号座椅为例进行了仿真计算,通过对比仿真结果和试验数据,确认了仿真的有效性;与采用单一四元数法的仿真结果进行对比表明,该方法充分结合了四元数与欧拉角速率方程的优点,有效解决了欧拉角速率方程的奇异性和弹射仿真中全姿态角的实现.      

弹射座椅的静态舒适性仿真

针对弹射座椅舒适性存在的不足,基于Poser软件,首先以中国男性飞行员尺寸为依据,建立了三维静态人体模型,保证了人体主要部位尺寸的准确性;然后把AutoCAD中的弹射座椅导入3Dmax软件中,结合飞机座舱的几何尺寸及各操纵机构的几何尺寸,建立弹射座椅-座舱操纵机构模型.最后把该模型导入Poser 软件中,利用人机工效学的相关理论,建立弹射座椅-飞行员-座舱操纵机构系统平台模型.在系统平台中对飞行员进行操纵仿真和分析,讨论了影响弹射座椅舒适性的因素并提出了优化设计方法.由于系统平台中参数的准确性和可调节性,提高了弹射座椅舒适性研究的标准化和通用化程度.      

基于Ansys的飞行员座椅坐垫舒适性仿真

鉴于飞行员对飞机座椅的舒适性要求越来越高,针对人与座椅之间的应力分布这个座椅舒适性评价指标,建立了包括骨盆在内的人-座椅坐垫有限元模型,对坐姿下人与坐垫的应力分布进行了仿真计算.通过比较1g重力环境下仿真和实验坐垫上应力分布,验证模型的有效性,在此基础上开展了不同过载下的仿真计算.分析可知仿真模型在坐应力分布和应力值大小方面与实验数据具有较高的一致性;不同过载下体内以及坐垫上应力最大值与施加的过载加速度直接呈线性关系.结果表明,建立的人-座椅坐垫有限元模型是有效的,可以用于评估不同坐垫或不同过载环境下的舒适性.      

混合机种飞行员人体测量结果及其工效学意义

为探讨混合机种飞行员的人体参数随年代、地区及机种变化的趋势及程度,测量了656名混合机种飞行员的5~13项人体参数,并将所测数据与70年代数据进行了对比,不同地区之间、不同机种之间的数据也进行了对照分析.结果表明:13项参数中有12项参数值与70年代有非常显著性差异(p<0.01);全国不同地区间身高无显著性差异(p>0.05),不同地区间体重多数无显著性差异(p>0.05);歼强击机飞行员与非歼强击机飞行员的体重有显著性差异(p<0.05).由此可知,飞行员的体形已发生显著性变化,飞行设备及个人防护救生装备的设计不应再完全依据70年代的人体数据;应开展新的飞行员人体参数数据库和人体模型的建立工作;飞行员应坚持科学的锻炼并控制饮食以保持体形;不同地区招收飞行员时,应对其身高等形体条件进行统一要求.     

舰载机弹射起飞影响因素分析及侧向控制律设计

针对舰载机弹射起飞安全性问题,对起飞过程中影响起飞安全的因素进行了详细分析,建立了舰载机离舰上升段的非线性六自由度运动模型,仿真研究了甲板的横摇、偏摆运动以及常值侧风干扰等因素对弹射起飞特性的影响。分析得出,对舰载机离舰后滚转和侧滑运动起主要影响的是甲板横摇运动和侧风干扰。设计了基于非线性动态逆方法的控制器以保留模型的非线性特征,实现对横侧向运动状态的解耦控制,效果更佳。仿真结果表明,设计的侧向控制律能够保证飞机的滚转角在离舰后3 s内满足不超过5°的安全准则要求,且不会因侧风干扰出现明显的侧滑现象,能够保证舰载机安全起飞。      

面向重心变化的自适应飞行控制系统设计

重心的变化直接影响飞机本身的控制特性,使得控制系统设计更为复杂.针对已有方法模型依赖性强、鲁棒性差的局限性,提出了一种面向重心变化的非线性自适应飞行控制系统设计方法.该方法基于逆动力学理论和重心在线估计系统设计标称控制律,在此基础上引入自适应滑模控制单元来构建自适应补偿控制律,其中滑模控制用于保证控制的鲁棒性和稳定性,而自适应单元则通过对模型不确定性和重心估计误差的估计及补偿提高控制的适应性和控制性能.结合Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性.仿真结果表明:该方法能有效地实现对系统未知不确定因素的补偿,具有较强的鲁棒性.     

舰载机弹射起飞安全性的影响因素分析

为了全面考察舰载机（CBA）弹射起飞系统的安全性能,在绝对坐标系下,利用自然坐标法,建立了弹射起飞过程的多体耦合动力学模型,结合舰载机弹射仿真曲线,从舰载机加速度和飞行轨迹两方面研究了不同参数对弹射安全的影响规律。仿真结果表明:在弹射滑跑阶段,弹射力对水平加速度影响较大,在自由飞行阶段,发动机推力对水平加速度影响较大,而起飞重量在整个弹射过程对加速度均有明显影响;定力栓临界值的增大对加速度、飞行轨迹影响不大,但需要考虑其带来的结构振动和时延效应;较长的剩余甲板可以增加离舰升力,从而有效减小离舰下沉量;舰船纵摇可引起飞行轨迹大幅下沉,应避免舰船纵摇位移最大的时刻离舰起飞,其中舰船运动引起牵制杆的提前释放也应是控制弹射时间的考虑因素之一;弹射起飞安全性设计是一个多变量寻优过程,单一要素的优化难以得到满意结果,需综合分析各要素的影响。      

飞行员头盔夜视镜系统气流吹袭性能研究

开展飞行员头盔夜视镜系统的高速气流吹袭试验,研究其气动特性和作用在人体颈椎上的力,评价其对弹射救生安全性的影响,为头盔夜视镜系统的设计和使用提供依据。采用高速气流吹袭台（敞开式风洞）吹袭的试验方法,将弹射座椅固定在吹袭台喷口前的台架上,试验假人（HYBRID Ⅱ型假人）端正地放置在弹射座椅上,试验假人穿抗荷服,佩戴头盔、夜视镜、供氧面罩。以850 km/h的吹袭速度作为试验的起点,按照试验设计确定的原则依次调整吹袭速度。夜视镜分下位（工作）和上位（非工作）2个状态进行试验,用高速摄像机记录头盔夜视镜在吹袭时的佩戴状态,测量试验假人颈椎下端的力和力矩。高速摄像机、力和力矩测量系统用高速气流吹袭台设定的时间基准同步测量。共进行了10发试验,其中5发试验夜视镜从头盔上吹脱,5发未吹脱;获得了各次试验中假人颈椎的受力曲线及夜视镜吹脱的时刻和轨迹。按照试验合格判据,吹袭速度均未超过850 km/h。头盔加装夜视镜后,相比头盔不加装夜视镜,气流吹袭性能下降,吹袭速度800 km/h以上颈椎力矩超标,700 km/h为临界点,600 km/h合格。建议将头盔夜视镜系统的气流吹袭性能包线限制在600 km/h以内。      

面向对象的飞机概念设计系统中的重心估算

为了在飞机概念设计阶段有效而便捷地评估方案重量和静稳定裕度等特性,研究了在一个按照面向对象方式进行数据组织的计算机辅助飞机概念设计系统中进行重心及相应重量估算的措施.着重论述了重心估算部分的面向对象结构和采用的方法,尤其是根据相关部件的设计与造型特点估算燃油及起落架重心的方法.通过在设计方案的动态调整过程中估算其重量和重心,验证了该部分的适应性和可靠性,以及设计者交互地对估算的方法和结果加以控制的灵活性.      

利用并联氙气瓶温差补偿航天器质心偏移的可行性研究

在以往航天器研制中,一般通过增加配重的方式对航天器质心偏移进行补偿.这种质心补偿方式占用了运载火箭承载能力资源,降低了航天器的有效承载能力.针对常规质心补偿方式的弱点,利用电推进航天器上氙气高密度填充的特点,提出了一种通过氙气瓶温度控制对航天器质心偏移进行补偿的方法,减少了航天器配重的使用需求.氙气瓶温差对航天器质心偏...     

基于神经网络的重力卸载系统控制器设计

吊挂系统是地面模拟空间机械臂重力卸载试验的重要方法之一.针对传统PID控制方式动作响应慢、鲁棒性差等缺点,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络的智能控制方式.该方式有很强的非线性拟合能力,且学习规则简单,可映射任意复杂的非线性关系,便于计算机实现.利用该特性,设计了一种重力卸载精度较PID控制方式更高的控制器.该...     

基于逆动力学和重心估计的飞行控制系统设计

飞机飞行中重心的变化直接影响飞机本身的控制特性,使得控制系统设计更为复杂.提出了一种基于逆动力学和重心估计的飞行控制方法,首先建立了考虑重心偏移的飞机六自由度动力学模型,由此模型推导得到了其逆特性的解析形式,并采用基于重量分布的重心估计系统在线提供重心信息.仿真结果表明,该方法有效地利用了重心在线估计信息,能适应飞机在不同重心时运动特性的变化,具有良好的控制效果,且设计过程简洁,易于实现.     

预估Fuzzy-PID在中央空调控制系统中的应用

电加热常作为中央空调的末端设备置于被调节房间风道入口处,微调加热以提高温度控制精度,为此提出一种电加热温度控制方法,采用预估Fuzzy-PID复合控制算法,通过对加热功率的调节进行闭环控制,实现控制点温度的稳定控制.新的控制算法结合了smith预估控制、Fuzzy和PID控制器的优点.在MATLAB环境中仿真预估Fuzzy-PID控制中央空调末端电加热,结果表明该控制方法能提高温度稳定性并降低能耗,控制精度达到±0.1℃.该控制方法同样适用于其它含有电加热元件的场合.      

Use of reduce gravity conditions for the measurements of forces acting against the displacement of liquids inside containers

A setup called Controlled Rotation of Liquids (CROL) has been developed and used to investigate rotational behavior of liquids interacting with solids under reduced gravity conditions. The CROL setup allows us to evaluate the acceleration needed to overcome the interfacial forces that hinder liquid displacement inside different size containers. The well known Wilhelmy equation is used to explain the experimental results. Comparison between experimental results and theoretical predictions are presented and discussed.     

Simulation study for the determination of the lunar gravity field from PRARE-L tracking onboard the German LEO mission

A simulation study has been performed at GFZ Potsdam, which shows the anticipated improvement of the lunar gravity field model with respect to current (LP150Q model) or near-future (SELENE) knowledge in the framework of the planned German Lunar Explorations Orbiter (LEO) mission, based on PRARE-L (Precise Range And Range-rate Equipment – Lunar version) Satellite-to-Satellite (SST) and Satellite-Earth-Satellite (SEST) tracking observations. It is shown that the global mean error of the lunar gravity field can be reduced to less than 0.1 mGal at a spatial resolution of 50 km. In the spectral domain, this means a factor of 10 (long wavelengths) and some 100 (mid to short wavelengths) improvement as compared to predictions for SELENE or a factor of 1000 with respect to LP150Q. Furthermore, a higher spatial resolution of up to 28 km seems feasible and would correspond to a factor of 2–3 improvement of SELENE results. Moreover, PRARE-L is expected to derive the low-degree coefficients of the lunar gravity field with unprecedented accuracy. Considering long mission duration (at least 1 year is planned) this would allow for the first time a precise direct determination of the low-degree tidal Love numbers of the Moon and, in combination with high precision SEST, would provide an experimental basis to study relativistic effects such as the periselenium advance in the Earth–Moon system.     

碟形飞行低速特性

碟形飞行器是一种新颖的,采用翼身融合布局的飞行器.为获得碟形飞行器在低速条件下的总体特性,对其进行了风洞测力和动导数测量试验,结合稳定性分析和模型试飞研究了其总体性能.研究结果表明:碟形飞行器最大升阻比为12.2,失速迎角28°,全机纵向模态稳定,横航向滚转模态和荷兰滚模态稳定,螺旋模态发散,具有良好的飞行品质和综合性能.     

重力梯度力矩作用下近地卫星自旋运动规律分析

为研究近地卫星自旋运动规律,建立了近地卫星在受摄动影响的轨道上运行并受重力梯度力矩作用下的姿态运动模型,推导了自旋角速率满足一定条件下自旋运动的进动角、章动角、自旋角的解析解,对重力梯度作用下的自旋姿态运动规律进行了仿真分析,并用仿真计算结果验证了解析解的正确性。在轨道面缓慢进动情况下,当卫星绕最大主惯量轴自旋时,给出了自旋角速率取值范围表达式,在该取值范围内卫星自旋运动能够跟随轨道面一起进动,自旋轴以恒定的平均角速率进动,章动角在小范围内波动。建立的自旋姿态运动模型和分析结论可用于近地卫星姿态失控后的姿态确定和预测、在轨姿态设计及在轨备份等。