基于PolyMAX法的飞行器工作模态分析技术与应用

飞行器在大气中飞行时经历严酷的力热环境,结构动力学问题显著,而模态特性是分析这些问题的重要输入。传统地面模态试验很难准确模拟飞行环境,而工作模态分析技术能够得到飞行器实际飞行中的模态参数。文章首先简要介绍了工作模态分析技术的背景和发展现状,说明了PolyMAX法的基本原理,然后对飞行器飞行试验测量数据进行了处理和分析,采用PolyMAX法成功识别出该飞行器的模态参数,并进行了模态验证。     

用试验模态分析法研究结构的动力学特性

总结近几年该领域的发展成果，讨论用试验模态分析技术进行动力学研究和设计的理论基础及实际应用，供导弹及地面车辆总体设计人员参考，以便优化总体参数，更好适应现代战争的需要。     

柔性航天器动力学模型的模态综合—混合坐标法建模研究

针对现代航天器中包含复合柔性结构的特点,本文通过将柔性航天器动力学建模的混合坐标法与结构动力学分析的模态综合法相结合,提出了模态综合—混合坐标建模方法。此方法拓宽了混合坐标法的应用范围,使其适用于包含刚体和复合柔性结构的航天器的动力学建模。     

基于拟合模态法的大范围运动柔性曲线梁动力学建模方法研究

大范围运动柔性曲线梁的动力学建模主要采用有限元法，这是由于很难得到曲线梁模态的解析模态表达式，求解的复杂程度随着单元的增加而增加。本文提出一种拟合模态法进行动力学建模，把大型有限元分析软件计算得出的模态拟合成为多项式的形式，得到曲线梁模态的近似解析表达式，从而大大简化了建模与计算的过程。以某型号卫星抛物面天线为例，验证了方法的可行性与准确型。     

“天宫一号”目标飞行器结构模态试验方法

“天宫一号”目标飞行器结构初样模态试验的激励方式、模态参数的识别方法及试验结果的评估等都有其独到的地方。多点激励模态试验的关键在于激励位置的选择及考核输入激励力的相关性,识别耦合紧密的模态结果重点在于参数识别算法。文章从模态试验原理出发,对多点激励在“天宫一号”目标飞行器结构初样模态试验中的应用及耦合紧密的模态试验结果的识别方法进行了探讨和分析。     

一种改进的固定界面模态综合法

针对传统模态综合法中由于高阶截断模态带来的计算误差问题,提出了一种改进的固定界面模态综合法。该方法将传统方法中截断舍弃掉的高阶模态部分展开成级数的形式,并保留级数的前r项参与计算,然后将子结构界面协调条件推广至高阶,剔除了这些级数保留项之间可能出现的线性相关问题,并将保留的前r项级数改写为广义坐标的形式,作为传统模态综合法中约束模态和低阶模态的修正项以提高计算精度。与其它改进方法相比,该方法既保留了高阶截断模态的影响,又不会出现非线性特征值迭代求解问题或Ritz基线性相关的问题。数值算例的结果表明本文提出的方法可以在参与综合的模态阶次不变的前提下,有效地提高计算精度,也说明了本文方法的有效性。     

基于反馈线性化和变结构控制的飞行器姿态控制系统设计

在大姿态角的情况下，飞行器姿态运动的非线性因素和耦合因素不容忽略，使得传统的基于小扰动假设的近似线性化处理方法面临难以克服的困难。本文首先运用反馈线性化方法，将飞行器姿态通道线性化解耦成三个单输入单输出系统，然后运用分散滑动模态变结构控制理论对每个通道分别设计变结构控制器，以期使系统获得对参数摄动和外部扰动的鲁棒性。理论研究和数值仿真表明，所设计的控制系统可以适用于飞行器大姿态角飞行的情况，并对系统参数摄动和外部扰动具有较强的鲁棒性。     

高超声速飞行器建模与控制的一体化设计

针对高超声速飞行器纵向模型具有非线性、强耦合及不确定性等特点,提出 高超声速飞行器建模与控制一体化设计方法。该方法首先以具有典型结构的高超声速飞行器 几何外形为研究对象,结合高超声速空气动力学的有关理论,建立飞行器的非线性纵向模型 方程;然后在不同飞行条件下获取多个平衡点,分析飞行的气动特性,进而在每一个平衡点 上设计具有非线性解耦控制能力的控制器,并将得到的多平衡点控制参数结合起来,进行插 值计算,实现多平衡点的连续飞行;最后的仿真结果表明,本文提出的方法是切实可行的。
     

模态综合法在航天器结构动力学分析中的应用研究

简要介绍了模态综合法的基本原理和在国内外航天领域的应用发展,初步研究了模态综合法在航天领域结构动力学分析应用中受限的两个问题,即采用不同商业有限元软件建立的部组件模型如何统一缩聚为Nastran版本一级缩聚模型的接口匹配问题,以及包含部组件一级缩聚模型的航天器缩聚/物理混合模型能否二次缩聚并用于耦合载荷分析的二级缩聚问题。     

可变构型复合柔性结构航天器动力学建模研究

针对中心刚体加复合柔性结构类航天器采用混合坐标法和子结构模态综合法，建立了可变构型复合柔性结构航天器低阶动力学模型。获得的柔性动力学方程及其各类耦合系数矩阵，适用于全星级可变构型系统和部件级复合柔性附件系统的控制系统设计与仿真，该模型具有阶数低和工程实用的特点。     

基于有限元法的离轴TMA结构选型分析

运用CAD软件Pro/E建立了采用离轴非球面三反射镜光学系统空间遥感器的几何模型,并在此基础上建立了有限元模型。分析了4种结构构型方案的综合特性,包括自重变形分析、模态分析和热特性分析。通过对比4种方案的计算结果,说明其中两种结构设计在方案设计阶段具有一定的优势。     

基于有限元法的离轴TMA结构选型分析

运用CAD软件Pro／E建立了采用离轴非球面三反射镜光学系统空间遥感器的几何模型，并在此基础上建立了有限元模型。分析了4种结构构型方案的综合特性，包括自重变形分析、模态分析和热特性分析。通过对比4种方案的计算结果，说明其中两种结构设计在方案设计阶段具有一定的优势。     

飞行器结构部件导热/辐射耦合传热特性预测方法

采用数值方法求解气动热环境,基于蒙特卡罗方法求解内部空腔辐射换热及有限元方法求解三维导热,建立了沿弹道求解导热/辐射耦合的热响应预测方法,计算并获得了沿给定飞行弹道条件下的考虑内部辐射和不考虑内部辐射时的某高超声速飞行器结构部件的热响应特性。研究表明,所发展的耦合计算方法具有较高的精度和较好的工程适用性;考虑内部辐射时,结构部件局部最高温度明显低于不考虑辐射时,最高相差400K以上,且温度分布趋于均匀,温度梯度减小。相关研究对高超声速飞行器防热结构设计与优化具有重要参考意义。     

全向发射状态下运载火箭变结构自适应滑模控制

针对运载火箭全向发射后,系统通道间存在交连耦合问题,提出了基于解耦的变结构自适应滑模控制方法。首先建立了运载火箭全向发射姿态动力学模型;其次推导了一种工程上实用的姿态角预补偿解耦控制方法,并重点分析了残余耦合对姿控系统的影响;最后针对解耦后系统的残余耦合和火箭结构干扰,提出了变结构自适应滑模控制方法。利用Lyapunov稳定性理论,证明了控制系统的全局渐近稳定性。仿真校验了本文提出的控制方法能够实现火箭在全向发射情况下的姿态稳定。     

基于二阶滑模的再入飞行器末制导律研究

针对再入飞行过程中飞行器末制导启动后制导系统存在的模型不确定性因素以及气动环境复杂等鲁棒制导问题,结合落点角约束条件,提出一种基于二阶滑模的鲁棒末制导律设计方法。基于二阶滑模控制的思想,设计有限时间收敛的二阶滑模末制导律;为了消除有界的内外扰影响同时削弱抖振效果,引入超螺旋算法设计有限时间收敛的连续二阶滑模末制导律。飞行器在该末制导律导引下,弹目视线角速率及落角约束快速收敛,从而保证飞行器有很高的命中精度。基于Lyapunov定理的稳定性理论证明及仿真结果均表明了该末制导方案的有效性。     

铰接桁架结构动力学问题研究

以铰接桁架结构为对象,采用谱元法研究铰对桁架结构动力学行为的影响,拓展了谱元法的应用领域。在频域下将铰结构考虑为一个谱单元,分别建立铰、杆和梁单元的动力学刚度矩阵,并加以整合得到整体结构的动力学刚度阵,进而建立整体结构的动力学方程。通过求解整体结构的动力学方程,获得结构的固有频率、频响曲线和时间响应历程曲线,并将谱元法的计算结果同有限元法的相应结果进行了比较。分析结果表明,谱元法在求解铰接桁架结构的动力学问题上具有较高的精确性,并且铰的存在对桁架结构动力学行为具有显著影响。     

基于有限元法的综合支架结构设计与承载能力分析

本文对防爆加热器撬块综合支架的结构进行了分析,找到该支架结构设计上存在的问题并作了相应的改进设计,使得综合支架的结构在满足强度和刚度的同时减轻了整体的重量,在材料的利用上趋于优化的设计; 通过对综合支架的有限元模型施加不同的惯性力,得出不同载荷下综合支架应力变化规律,从而确定出综合支架所能承受的最大惯性力。     

带挠性附件航天器刚柔耦合动力学

针对有板式挠性附件的航天器，根据几何变形约束法引入有限元方法，用Lagrange方程建立系统的刚柔耦合一次近似动力学方程组。在动力学方程中获得了与大范围刚体运动有关的动力刚度项。仿真结果表明，在柔性体大范围运动时动力刚度项的影响较大，忽略动力刚度项的传统动力学建模方法会给出错误结论。     

航天器贮箱内液体晃动阻尼研究(二):数值计算

针对航天器贮箱中燃料晃动阻尼进行估算.在液体晃动阻尼理论研究的基础上,考虑了容器壁面、液体内部以及受污染的自由液面处产生的耗散,建立了一套计算刚性容器中液体小幅晃动阻尼的有限元计算方案,并将计算值与实验值以及经验公式值进行了比较.结果发现大部分情况下的实验值落在两种极端情况的计算值之间,此外如果将液面污染的Stokes边界层阻尼以一定的加权因子引入,可以获得与由实验数据拟合的经验公式一致的结果.     

基于模糊策略的高速飞行器滑模控制律设计

以通用高超声速飞行器GHV为研究对象,针对其俯仰通道设计了具有良好鲁棒性的飞行控制系统.为了便于应用滑模控制理论,对该模型进行了输入输出反馈线性化,将其转换成仿射型.鉴于鲁棒性与抖振的矛盾,基于指数趋近律完成了滑模控制律结构设计,进而采用了模糊控制理论改进指数趋近律.基于遗传算法完成了所有控制参数的设计,确定了模糊逻辑...