高超声速滑翔飞行器引入段弹道优化

高超声速飞行器弹道优化设计的目的足得到高超声速飞行的控制指令，从而得到方案弹道，针对其数学模型，寻找一个作为输入的攻角规律使得弹道最优。我们将此弹道问题转化成最优控制问题，通过极大值原理得到最优弹道的一阶必要条件。我们采用遗传算法求解了此两点边值问题。首先从次优化弹道得到攻角的变化规律，然后由从次优化弹道估计出的攻角范围推导出初始伴随变量的变化范围，再用遗传算法在此范崮内优化初始伴随变量得到了伞局最优弹道和相应的初始伴随变量。通过一个实例求得了满足热流约束的最大终端速度弹道，通过比较可知优于次优化弹道，从数值计算例子还可以看到遗传算法是求解两点边值问题的一种比较好的方法。     

快速访问回归轨道与弹道一体规划

针对地面发射快速响应空间需求问题,考虑轨道参数和弹道参数之间互为输入、深度耦合的实际,首先根据简化弹道模型给出了快速访问回归轨道设计方法,然后以轨道参数为输入开展快响火箭弹道规划,在此基础上以规划得到的弹道参数修正简化弹道参数,通过不断迭代,直至简化弹道参数与规划得到的弹道参数之间的误差满足要求,进而得到了满足任务需求的快响回归轨道及弹道参数。具体算例证明了该方法的可用性和有效性,可为快速响应轨道及弹道规划提供理论路径和技术支撑。     

助推滑翔变体飞行器弹道方案多目标近似优化

针对助推滑翔变体飞行器弹道方案最优变形求解难、多设计指标相互矛盾等问题,开展助推滑翔变体飞行器弹道方案多目标设计优化研究。首先构建了助推滑翔变体飞行器全程弹道方案优化框架,通过内外层分别优化控制参数及弹道方案参数,并建立了以起飞质量最小、射程最大为优化目标的弹道方案多目标优化模型。在弹道建模中,基于牛顿迭代法建立助推段弹道模型,基于伪谱法建立最优变体再入滑翔段弹道模型。此外,提出了基于差分进化的多目标近似约束优化方法(MACO-DE),实现助推滑翔变体飞行器弹道方案优化。对比初始方案,在射程不变情况下,起飞质量至多降低3.81%,在起飞质量不变情况下,射程至多提升6.62%,从而验证了全程弹道模型的合理性与MACO-DE方法的有效性。     

返回舱弹道重建与黑障区弹道再现研究

对于飞船返回舱，黑障区弹道再现是再人飞行试验气动分析工作的重要环节。利用舱上测量数据和有限的雷达测量数据重构飞行弹道，是黑障区弹道再现的有效方法。本文建立了返回舱弹道重建的数学模型，包括运动学模型、观测模型、测量误差模型，从而将返回舱弹道重建问题转化为一个非线性动态系统的参数辨识问题。给出了基于极大似然判据和Newton-Raphson迭代的弹道重建算法。对某飞船返回舱的飞行试验数据进行了计算和分析，结果证实了弹道重建数学模型的正确性和算法的可行性。通过弹道重建，不仅再现了黑障区的弹道，而且提供了可靠的、完整的弹道数据。     

地-地战术导弹全程惯性制导弹道技术

利用比例导引弹道原理及弹道仿真,分析了150~250 km射程范围地-地战术导弹全程惯性制导弹道的设计原理。其弹道特征一般由熄火点、转弯点、俯冲点和目标点4个特征点组成,射程的改变通过改变转弯点、俯冲点和目标点3点的参数实现。通过弹道仿真研究,给出了各特征点的功能和选取原则,分析了全程制定控制弹道方案的优缺点。     

高超声速远程导弹弹道解析估算与特性分析

对于高超声速远程导弹助推-滑翔弹道,提出一种弹道参数的解析估算方法,该方法从能量的角度出发,利用准平衡滑翔条件建立滑翔射程和飞行时间的解析估算公式;在此基础上定量地分析研究升阻比、初始速度等弹道参数对滑翔射程和时间的影响规律;同时在理论上分析了最小能量椭圆弹道的射程和飞行时间特性。基于推导得到的解析估算公式,对比研究滑翔弹道和椭圆弹道的在不同条件下的射程和时间特性,并提出这两种弹道最佳适用范围的确定准则。最后,通过仿真分析表明,解析估算结果与数值仿真结果的误差小于2%,具有较高的精度,能够可靠、有效地分析出滑翔弹道的性能,可为弹道方案的初步选取提供参考。     

三维弹道有理Bezier曲线造型与优化方法

为有效克服传统弹道优化方法解的收敛性和最优性受搜索算法、初始猜测等影响大的问题,提出了基于有理Bezier曲线的三维弹道造型与优化计算方法。根据边界条件用光滑且只含少量造型变量的有理Bezier曲线形成待优化三维造型弹道,采用逆动力学方法计算造型弹道倾角、弹道角速度和法向加速度等,结合弹道其它动力学方程和约束计算造型弹道性能指标,通过对弹道造型变量寻优得到最优弹道。这种方法将无限维弹道优化问题转换为对很少造型变量的参数优化问题, 而且得到的最优弹道完全光滑可飞。与间接法相比,无需求解两点边值问题使用方便、鲁棒性强;与直接法相比,不需要对动力学方程离散化、寻优变量少、求解收敛性好,而且解的全局最优性和光滑性更高。仿真结果及与自适应伪谱法的比较校验了方法的实用性和有效性。     

固体火箭发动机内弹道精准预示自修正方法

固体火箭发动机内弹道预示精度对固体导弹或运载火箭方案设计、飞行弹道及安全区精准预示、飞行工况校核确认具有至关重要的作用.传统的内弹道预示方法可以较准确地预示一型发动机的内弹道包络,但无法普适性地对复杂环境剖面下的单台发动机内弹道曲线进行精准预示.针对该问题,提出了基于遗传算法的固体火箭发动机内弹道精准预示自修正方法.根...     

制导工具误差折合的遗传主成分方法

制导工具误差折合是导弹精度评定中的重要问题,传统主成分方法中主要成分选择根据试验弹道环境函数矩阵特征值选择,仅考虑了试验弹道的影响,而在试验弹道中作为主要成分,在全程弹道中并不一定是主要成分。提出了充分考虑试验弹道与全程弹道特点的主成分确定方法,并利用遗传算法确定最佳主成分子集。仿真计算表明,与最小二乘和经典主成分方法相比,遗传主成分算法获得的全程弹道遥外差与落点偏差更接近于真实值。     

基于广义互相关算法的遥测时延提取方法研究

在常规靶场导弹试验中,遥测需解算GNSS弹道数据,但数据解算存在一定时延,导致测量弹道滞后现象,如何提取时延并对弹道进行修正是亟需解决的问题。提出一种基于广义互相关算法的时延提取及弹道修正方法,利用相关函数峰值提取时延,进而对遥测弹道进行修正。通过仿真和试验数据验证算法的正确性,弹道误差值由修正前最大约80m修正到小于10m。     

太阳电池对平流层飞艇热特性的影响分析

研究太阳电池对平流层飞艇驻空阶段热特性的影响。建立了太阳电池热模型、平流层飞艇热分析模型,包括热平衡方程、太阳直射辐射、天空散射辐射、地面反射辐射、大气长波辐射、地球长波辐射、蒙皮长波辐射、对流换热等;采用多节点模型,对平流层飞艇在驻空期间太阳电池、蒙皮与艇内氦气温度变化过程进行了数值模拟,得到了温度昼夜变化规律;分析了太阳电池（含隔热结构）的等效面积热阻、转换效率、铺装面积对平流层飞艇热特性的影响,得到了其温度昼夜变化规律。本文为平流层飞艇热性能分析和热控系统设计提供依据。     

舱压对载人航天器密封舱姿态光学敏感器安装精度影响分析

姿态光学敏感器是航天器在轨姿态控制的重要部件,其安装精度直接影响航天器的姿态控制精度。为了研究舱压对载人航天器密封舱姿态光学敏感器安装精度的影响,以某载人航天器密封舱外安装的姿态光学敏感器为研究对象,通过对其安装精度要求、安装状态与舱体变形情况的分析,提出了一种敏感器在设计阶段布局的分析方法。在地面进行了模拟充压试验,验证了分析方法的有效性。根据分析和试验结果在型号后续设计中进行了相应的布局改进,改进结果满足了敏感器安装精度要求并经过了飞行试验验证。     

空间站空空支架天线热设计与仿真分析

为研究核心舱飞行姿态、空间外热流、核心舱发动机羽流参数以及天线外表面热控涂层对空间站空空支架天线温度的综合影响,验证天线被动热控设计的有效性,进行了2种低温工况和6种高温工况的热分析。结果显示:低温工况下,通信天线惯性飞行时的最低温度低于正向飞行时的;展开臂多层表面最低温度为-85 ℃,满足温控指标。高温工况下,通信天线惯性飞行时的温度高于正向飞行时的;轨控发动机的羽流热效应大于偏航发动机的。通信天线内外表面均喷涂ACR-1温控白漆,1倍轨控发动机羽流热流密度时,最高温度为123 ℃,可满足实际使用要求。     

Performance evaluation and parametric analysis on cantilevered ramp injector in supersonic flows

The cantilevered ramp injector is one of the most promising candidates for the mixing enhancement between the fuel and the supersonic air, and its parametric analysis has drawn an increasing attention of researchers. The flow field characteristics and the drag force of the cantilevered ramp injector in the supersonic flow with the freestream Mach number 2.0 have been investigated numerically, and the predicted injectant mole fraction and static pressure profiles have been compared with the available experimental data in the open literature. At the same time, the grid independency analysis has been performed by using the coarse, the moderate and the refined grid scales, and the influence of the turbulence model on the flow field of the cantilevered ramp injector has been carried on as well. Further, the effects of the swept angle, the ramp angle and the length of the step on the performance of the cantilevered ramp injector have been discussed subsequently. The obtained results show that the grid scale has only a slight impact on the flow field of the cantilevered ramp injector except in the region near the fuel injector, and the predicted results show reasonable agreement with the experimental data. Additionally, the turbulence model makes a slight difference to the numerical results, and the results obtained by the RNG k−ε and SST k−ω turbulence models are almost the same. The swept angle and the ramp angle have the same impact on the performance of the cantilevered ramp injector, and the kidney-shaped plume is formed with shorter distance with the increase of the swept and ramp angles. At the same time, the shape of the injectant mole fraction contour at X/H=6 goes through a transition from a peach-shaped plume to a kidney-shaped plume, and the cantilevered ramp injector with larger swept and ramp angles has the higher mixing efficiency and the larger drag force. The length of the step has only a slight impact on the drag force performance of the cantilevered ramp injector. However, it makes a difference to the flow field in the vicinity of the fuel injector, and the subsonic region becomes narrower with the increase of the length of the step.     

多辐射器航天器热控流体回路布局的(火积)耗散分析

为了优化多辐射器航天器热控流体回路布局，提高流体回路的散热效率，降低流体回路温度，本文基于(火积)理论，分别对多个辐射器串联和并联的流体回路布局的散热进行了分析。结果表明，排散相同热量时，流体回路的流体与管路壁面之间的温差均匀性越好，流体回路散热过程(火积)耗散越小，系统散热过程越优。进一步，对于2个辐射器的情况，分别对辐射器设置了不同的空间辐射加热热流，对辐射器的流体回路布局方式进行了比较。结果表明，辐射器与流体回路串联时，系统散热性能要优于两者并联，系统的流体温度水平最低，结果与(火积)理论分析的预测完全一致。研究结论对多辐射器的航天器热控流体回路设计具有指导意义。     

一种与样本信息合理匹配的可靠性模型

针对随机变量具有一定的积累而又不足以确定概率分布的情况,提出了一 种新的基于分段均匀描述的可靠性模型。该模型在积累数据构成的各个子区间上,采用区间 不确定性情况下的非概率模型求得相应的非概率可靠性指标,并依据每个子区间内均匀分布 假设下非概率可靠性指标与概率可靠度的关系,求得每个子区间内无频率信息情况下基于均 匀分布描述变量不确定性时的概率可靠度。由于每个子区间在所积累的数据中出现的可能性 相等,因此可将每个子区间内的概率可靠度进行平均来得到结构的可靠度。与非概率可靠性 模型只利用了积累数据的最大值和最小值情况相比,此方法可以充分利用积累数据中包含 的不确定性信息,避免了非概率模型描述时过于保守的结果。与概率模型相比,本文方法利 用积累数据自然形成的子区间上的均匀分布描述,避免了关于分布的强假设以及分布参数估 计在小样本情况下的较大误差。算例表明,所提模型是一种介于概率与非概率可靠性模型之 间的合理方法,它可以与样本信息较好地匹配,从而合理地度量结构的安全程度。
     

基于羽流效应分析的航天器发动机布局设计研究

为解决由航天器姿控发动机等带来的羽流热效应问题,文章通过仿真得到了在不同的发动机布局下航天器表面的羽流热流密度分布情况,通过增大发动机的推力线角度和安装点高度,可以使得发动机羽流核心区远离航天器表面,从而降低喷流对航天器表面的加热效应。综合考虑控制力矩及推力损失、布局包络和发动机支架设计等因素,对某航天器发动机布局进行了优化设计及羽流热防护设计。     

提高星载多工器热真空试验测试精度的方法

星载多工器是卫星有效载荷分系统中的关键部件;须对其在热真空环境下的插入损耗、波动等射频性能进行准确测量,以真实反映产品的应用性能。经过分析多工器测试系统原理组成以及导致多工器热真空试验测试数据不准确及不稳定的各项因素,确定测试电缆性能随温度变化是影响多工器热真空试验测试精度的主要因素后,给出5种改进方法,包括:以参考电缆辅助说明测试电缆变化;采用波导阵测试系统;测试电缆实施热控包覆;运用时域分析计算并剔除测试电缆变化;测试电缆多通道实时校准。最后,汇总对比这些改进方法的应用效果,推荐测试电缆多通道实时校准为最佳,为行业提高星载多工器的热真空试验测试精度提供参考。     

电路板工装结构设计及其振动传递特性研究

针对印制电路板环境应力筛选试验要求,为减小夹具对试验结果的影响,提出以电路板尺寸、筛选效率以及固有频率等为约束的电路板工装设计优化方法,并以某型电路板为例进行电路板工装设计与迭代优化;继而开展模态仿真分析验证了工装设计的有效性;研究设计工装振动特性并固化电路板环境应力筛选测试方案,采用设计工装及固化方案完成电路板随机振动环境应力筛选试验。结果表明：所设计工装的一阶固有频率高于试验规定频率上限,满足工装夹具刚度特性要求。通过合理装夹和调整传感器布局等可使得电路板安装位置加速度功率谱密度曲线及均方根值满足GJB 1032A相关要求。     

超声速内流场横向喷流的流动与混合特性实验研究

为研究超声速内流场中横向喷流的流动与混合特性,将丙酮蒸汽加入喷流介质,用平面激光诱导荧光(PLIF)技术对流场中流向中心截面和横截面上的丙酮进行成像,研究了喷流的运动轨迹、流场结构、混合方式,以及参数对喷流流动与混合的影响。结果表明:喷流柱的波动失稳及喷流剪切层中生成的大尺度结构有助于增强喷流与主流在近场的混合;提高出口马赫数会导致剪切层失稳以及出现大尺度结构的位置移向下游,不利于改善近场的混合;增大喷口直径能增加喷流在展向的扩展,升高喷流总压能增加喷流在展向和横向的扩展,并使出现大尺度结构的位置靠近上游;在喷注流量相同条件下,采用小喷注面积高总压喷注更利于增强混合。