基于自适应小波配点法的水击数值计算

为了克服传统谱方法计算水击问题的数值振荡,选择具有紧支撑特性的样条小波代替传统的基函数,建立了一维流体运动方程的自适应小波配点计算格式,并对有摩擦和无摩擦的一维管路水击问题进行了数值计算,获得了水击波的传播过程。结果表明:小波配点法能够准确计算水击波的传播过程,在水击波波阵面处,不会因高分辨率出现剧烈的数值振荡现象,精度和分辨率可以同时提高;自适应算法能够自动捕捉水击波位置,并在水击波局部区域采用高分辨率计算,而在梯度较小区域降低分辨率计算,在保障精度和分辨率的前提下,显著节约计算量。     

基于区间样条小波的太阳帆轨迹优化算法

针对太阳帆轨迹优化问题,提出了一种基于区间样条小波的新颖数值算法。首先推导了太阳帆航天器的轨道动力学方程并提出了优化目标函数,然后提出了基于区间样条小波函数及其导数算法的最优控制直接数值法。该优化算法的核心是基于区间样条小波函数及其导数算法,在小波配点上将状态与控制变量作离散化处理,进而可利用小波函数有效逼近带有突变的优点,提高了求解以小波系数为参数的非线性规划问题的计算精度和效率。对典型的地球－水星之间的太阳帆轨道优化问题的仿真结果表明,基于小波的数值解法优于半解析法。     

非线性三维变结构鲁棒自适应制导规律的研究

在三维球坐标系下建立了导弹与目标的相对运动模型,把目标加速度视为一类有界干扰,针对大机动目标提出了一种基于零化导弹与目标视线法向速度的三维变结构鲁棒自适应末制导律,并根据Lyapunov方法设计了参数自适应律.通过计算机数值仿真验证了导弹与目标的相对视线角速度最终趋向于零,验证了制导规律的正确性和有效性.     

无喷管助推器组合药柱研究

为提高无喷管助推器的有效比冲,研究了由2种不同燃速推进剂组成的组合式药柱助推器性能.采用一维非定常变截面有加质内弹道计算模型,考虑推进剂侵蚀燃烧等因素的影响,针对3种方案组合药柱(前后串装分段药柱、恒定厚度层分层药柱、可变厚度层分层药柱)分别进行了数值计算.计算结果表明,组合药柱可使无喷管助推器的压强峰值降低,平均工作...     

抛物形吸气式脉冲爆震激光推力器性能预示的解析模型

考虑激光束、推力器构型以及大气环境三方面因素,建立了抛物形吸气式脉冲爆震 激 光推力器性能预示的解析计算模型。其中,将推力室内的流场发展过程分为吸收波和冲击波 衰减两个阶段,应用Sedov点爆炸理论,以等效锥形约束空间,引入单一的修正因子以反 映流场的不均匀性。计算表明,其结果同现有实验数据吻合。〖JP〗     

阶梯轴的切削变形与工艺参数的选择

针对阶梯轴的车削加工,从挠曲线微分方程导出变截面简支梁的弯曲变形表达式,并以此计算阶梯轴的切削变形,通过变形量计算说明工艺参数选择的重要性。当阶梯轴的刚度较小时,按一般情况合理选择的工艺参数不能保证加工精度,此时从减小切削力的角度合理选择工艺参数,就减少了切削变形,从而保证加工精度。     

求解轨迹优化问题的局部配点法的稀疏性研究

直接配点法通过对控制变量和状态变量都进行离散将轨迹优化问题转化为非线性规划(NLP)问题。为了提高NLP的求解效率,需要利用其偏导数的稀疏特性并建立偏导数的高效计算方法。本文研究了局部配点法离散得到的NLP的一阶偏导数的稀疏特性,建立了一阶偏导数的高效计算方法。推导了NLP的目标函数梯度和约束雅克比矩阵的数学表达式,得到了NLP偏导数的稀疏型,并且将NLP的偏导数分解为原始轨迹优化问题的偏导数。由于原始轨迹优化问题的约束和变量的数量远少于NLP的约束和变量的数量,从而显著减小了NLP的一阶偏导数的计算量。含有离散气动力和推力数据的仿真算例验证了本文方法的有效性。仿真结果表明,与有限差分法直接计算NLP的偏导数相比,本文方法能够将优化耗时减小至4%以内,随着离散节点数目的增加,计算效率的提升更为显著。     

一种新型火星定点着陆轨迹快速优化方法

针对火星定点着陆任务大气进入段的轨迹规划问题,给出了一种基于hp Radau伪谱法的快速优化算法。综合考虑大气进入段的动力学约束、边值约束、以及着陆器的机动能力约束和安全性约束,结合hp Radau伪谱法的配点特性,将轨迹优化问题转换成一个大规模多约束参数优化问题,给出了大气进入段轨迹优化问题的求解框架;为了提高算法的计算效率,给出了参数优化过程中雅克比矩阵的解析表达式;并通过数学仿真对本文算法进行了数值验证,结果表明：     

基于三维CFD的RBCC发动机建模方法

RBCC发动机可多模态工作,能适应宽广的飞行包线,因而其火箭尾流剪切作用变化强烈、流道截面变化大,喷油规律复杂,给发动机建模与控制研究带来困难。针对RBCC发动机的地面直连实验构型,采用三维CFD计算分析RBCC流场特点,研究发动机状态变量特征,并基于CFD计算结合拟合法的建模思路,建立了RBCC状态空间模型,模型的计算结果与三维CFD的计算结果有较好的吻合度,均方差满足要求。研究表明,在一定范围内增加计算特征数据点个数,可提高建模精度,但当计算特征数据点的个数超过20时,继续增加点的个数对精度的提高非常有限。     

基于流场探测的发动机喘振控制仿真研究

为使冲压发动机性能最优并始终工作在安全状态,需要使其工作的喘振裕度最小且在喘振边界内。在喘振边界安装一种能够准确分辨超声速或亚声速流场状态的流场探测装置,控制进气道结尾激波位置。针对一维变截面流动控制方程,研究了流场探测装置的安装位置,以及激波越过流场探测装置后控制系统的减油规律。仿真研究结果表明,用试验数据修正理论仿真的方法可以准确地捕捉进气道结尾激波,同时根据某型冲压发动机的设计临界喘振裕度,确定了流场探测装置安装位置位于距进气道锥尖的距离;进气道沿程压力跟随发动机燃油流量的变化而变化,压力波传播时间相对于燃油调节时间可以忽略;由于进气道内激波前后运动存在明显的压力滞环现象,当激波越过喘振边界时,进气道出口压力会进一步上升,发动机喘振危险加大,应使用加速电磁阀快速减小燃油流量,控制激波回到安全区域。     

面向任务的电推进航天器性能优化与控制

针对电推进(EP)系统的性能与任务耦合优化及控制问题,提出一种基于电推进特征参数模型的耦合优化方法。以入轨有效载荷质量转移率最优为目标,推导出化学-电推进组合任务与多模态全电推进任务的完备形式的拓展火箭方程与最优比冲(Isp)表达式,得到多模态连续电推进最优比冲的计算方法,并得到相关参数对最优比冲的影响规律。结果表明,提出的耦合优化方法与最优比冲公式对求解多模态电推进任务的最优比冲和研究电推进航天器耦合优化控制问题具有指导意义和通用性。     

空间目标三维重构误差分析与相机参数设计方法

针对空间目标三维重构任务中的相机参数设计问题,提出一套由目标重构精度反演观测相机参数及观测方案的方法。通过梳理三维重构误差传播机理,将误差传播归结为相机内参数影响特征点齐次坐标和齐次坐标影响重构精度两个过程,给出了三维重构误差计算方法。基于误差下限分析计算结果,给出了观测距离、拍照间隔与相机姿态指向等任务参数的设计原则,建立了由重构精度反演相机焦距和像素尺寸的方法,形成一套以重构精度为核心指标的观测方案和相机参数设计方法。针对模拟空间目标的仿真试验校验了重构误差估算算法及相机参数和观测方案设计方法的有效性。     

基于高阶WENO格式的喷管动态特性仿真分析

喷管的动态特性分析是进行高品质控制系统设计、控制参数优化、控制规律验证的基础。为了分析喷管的动态特性,针对轴对称收扩喷管,基于一维变截面非稳态无粘流动控制方程,利用有限体积Roe类型的高精度WENO格式对控制方程进行离散,采用三阶强稳定型龙格库塔方法进行时间方向的积分,利用激波探测函数实时捕获激波位置,建立了喷管的一维动态特性仿真程序。通过与理论解析解的对比验证了仿真程序和激波探测函数的正确性。在欠膨胀状态下,获得了喷管入口总压、总温扰动下,喷管进出口压力和推力的阶跃响应特性,对比分析了各扰动因素对推力响应特性的影响。进一步分析了扩张段存在激波的情况下,在不同的扰动下激波运动和推力等参数的变化规律,能够为推力控制系统分析提供参考。     

自适应学习率的增量强化学习飞行控制

针对预先设定学习率的增量强化学习(IRL)飞行控制律失败率较高,并且无法适应飞行器大范围动力学特性变化下的稳定控制问题,提出一种自适应学习率的增量强化学习(ALRIRL)控制方法.首先,基于小波分析方法构造控制系统稳定度评价函数,用于评估控制器稳定度.然后,基于梯度下降法设计学习率在线迭代计算方法,以提升强化学习控制器...     

基于高斯伪光谱的星际小推力转移轨道快速优化

针对星际小推力转移轨道优化问题,给出了一种基于高斯伪光谱配点的快速优化 算法。首先,基于归一化的改进春分点根数建立了星际小推力转移轨道的优化模型;然后, 采用高斯伪光谱配点策略对优化模型进行离散化处理,推力方向限制和天体星历分别作为路 径约束和事件约束,将轨道优化问题转化为一个大规模多约束参数优化问题;在此基础上, 基于高斯伪光谱的配点特性,推导出性能指标和约束方程的解析雅可比矩阵,保证了雅可比 矩阵计算的准确性和效率;最后,以利用太阳能电推进探测火星和水星为例,对所给算法进 行了数值验证。数值结果表明：高斯伪光谱方法可有效用于星际小推力轨道的优化问题,并 且与数值差分相比,解析的雅可比矩阵算法可提高计算效率67.78％。
     

变质量飞行器变轨中摇摆发动机指向跟踪问题研究

针对携带大推力摇摆式轨控发动机的变质量飞行器,研究了其推力方向跟踪质心位置变化同时指向惯性空间推进方向的问题。研究中将飞行器分为可摇摆的发动机和变质量的平台两部分,利用雷诺迁移定理和变质量力学原理建立了整个变质量系统的数学模型;在控制系统设计中,通过一组线性转换,将系统转换为摄动双积分系统,以时间最优为性能指标,利用相平面法构造开关控制律。仿真结果表明,变质量飞行器利用该控制律能够实现摇摆发动机在惯性空间中跟踪质心位置变化的同时与推进方向保持一致。     

用特征根构造变系数线性最佳控制

本文研究单输入n阶常系数线性系统满足二次型指标(积分区间有限,终点给定为(o,…o)) 的最佳控制。所得结果使用户无需解Riccati方程,也不要用数值法解出两点边值问题,仅由这个两点边值问题的特征根即可构造变系数线性最佳控制。这个结果既适于低价(n=1,2,3)时用来写出变系数线性最佳控制的一般表达式(17)—(19),也适于高阶时用计算机计算,其程序已用FORTRAN-Ⅳ在AD三TAMAX-186机上实现。     

一种基于自适应变结构的高超滑翔飞行器控制方法研究

针对高超声速滑翔飞行器的不确定性及强非线性耦合特性,研究了一种自适应变结构姿态控制设计方法。首先建立了高超声速飞行器在滚转通道快速将最大升力面滚转到制导机动方向时姿态控制系统的非线性数学模型,然后将结构干扰力矩、非线性耦合和气动参数摄动等不确定的输入因素视为一类有界干扰,提出了一种自适应变结构控制方法,该法在保证系统闭环稳定的前提下,在线对不确定因素的界进行估计,从而对系统中的不确定因素进行补偿,并选择适当的趋近律,通过符号函数连续化方法来解决由于变结构控制带来的抖振问题,最后进行仿真验证。仿真结果表明该方法具有良好的解耦控制效果,与传统方法相比可有效提高控制系统的控制性能和鲁棒性。     

基于模态观测器的挠性航天器姿态控制

针对带有挠性附件航天器的姿态跟踪问题,提出了基于挠性模态观测器的滑模控制律。采用混合坐标法建立挠性航天器动力学模型,构造挠性模态观测器观测挠性模态位移及其变化率。选择一类滑模面,用Lyapunov方法得出基于挠性模态观测器的滑模控制律,并给出了稳定性证明。分别在变速率姿态跟踪,恒速率姿态跟踪和零速率姿态跟踪的情况下进行了仿真。仿真结果显示,与一般的滑模控制律相比,提出的控制律能够有效提高姿态控制的稳态精度,减小挠性模态振动对姿态控制的影响。     

像素型电磁晶体分析及设计

建立了平面波展开(PWE)法分析像素型电磁晶体带隙的数学模型,导出了像素型电磁晶体结构系数的计算表达式.设计并仿真分析了不同像素型电磁晶体的带隙结构,并对其带隙特性进行了讨论.结果表明:计算模型正确,且不同像素型电磁晶体结构(即介质分布)对应的电磁带隙各异.可用该法结合优化算法对像素型电磁晶体作优化设计.