临近空间多任务规划求解方法

构造临近空间信息系统多任务规划的一种新的理想解概念--ε-理想解,来表示每一个局中人在作方案决策时给定一个权衡值.证明了求解ε-最优理想解充要条件是求单一任务分配策略的最优理想解的规划问题,阐述了具有不同权衡值下的ε-最优理想解.示例表明了智能规划方法对临近空间信息系统多任务分配具有一定的有效性.     

航迹规划中雷达探测空间的生成

从飞机突防习行任务规划出发，综合考虑地球曲率、陆地（或海洋）的反射和杂波干扰、大气折射和吸收损耗等因素的影响，采用临界散射截面法生成了对空警戒雷达在不同地貌、发现概率下，对不同雷达散射截面的目标的探测空间。计算并分析了飞行高度、目标雷达散射截面、发现概率和地貌等因素对雷达探测空间的影响，以便选择低探测概率的飞行走廓，这对制定和实施安全突防飞行策略有实际意义。     

众多临近空间飞行器的最优轨迹规划

针对众多临近空间飞行器在复杂飞行环境的最优轨迹规划问题,采用改进的动态规划法和基于共轭梯度法的多点边值组合算法求解了多目标优化问题,得到了全部飞行器的最优飞行轨迹.仿真结果表明,该算法能够在考虑多种环境条件约束和飞行器自身条件约束的情况下,快速规划出众多飞行器的最优飞行轨迹,具有一定的学术价值和工程应用价值.     

太阳能飞机循环飞行的高度剖面能量策略

为满足设定的太阳能飞机多日连续飞行条件,依据飞行过程中当前时刻的飞行高度、光伏输出功率、动力电池组余量等系统状态参数,研究如何分配动力电池组充放电和电推进系统输入等功率。所用策略立足于实时功率平衡,充分利用正午前后的光伏峰值功率用于飞机爬升及充电,在午后下滑过程中利用全部光伏输出,以最大化利用光伏资源;在光伏有效输出不足时则以一定的维持功率下滑,使能量的综合损失最小。方法能够提高以预定夜间飞行高度连续多日续航的成功率,提升飞行高度、纬度、季节范围或搭载能力,或者拓展这几种飞行条件的组合域,优化太阳能飞机的适用性。     

净升力对临近空间浮空器上升航迹的影响分析

基于临近空间浮空器动力学与热力学耦合关系,研究分析上升过程飞行航迹与内部气体热性能。建立临近空间浮空器初始充气量模型、热模型和上升过程动力学模型,通过飞行试验验证了数学模型的准确性。仿真计算了某高空科学气球的上升航迹,得到了气球净升力对爆破高度、速度等飞行航迹性能参数的影响,分析了参数变化规律与变化原因。研究结果表明,随着净升力的增加,爆破高度迅速降低,而气球上升速度逐渐上升,且上升速度的增大比爆破高度的减小相对于净升力的变化更加敏感,表明气球的净升力对航迹性能参数存在重要影响。研究结果可为临近空间浮空器设计、试验和应用提供理论参考。     

临近空间超长航时太阳能无人机发展及关键技术

临近空间超长航时太阳能无人机是目前国际上研究的前沿方向,简述了目前国外临近空间太阳能无人机发展概况,梳理并分析了发展临近空间太阳能无人机亟待解决的关键技术,并对临近空间太阳能无人机的发展趋势进行了展望.     

太阳能飞机能量平衡建模

能量平衡是太阳能飞机设计工作的核心和难点。基于太阳能飞机能量原理,结合太阳辐射模型和太阳能飞机典型飞行剖面开展太阳能飞机能量平衡建模研究。根据太阳能飞机起飞-爬升-巡航阶段和持续跨昼夜飞行阶段的飞行剖面和能量需求,分别建立了各阶段的能量平衡模型,给出了各时段的能量特性计算方法并对傍晚下滑阶段的多种飞行情况进行了分类讨论。最后以某太阳能飞机为例对本文所建立的起飞-爬升-巡航能量平衡模型和持续跨昼夜飞行能量平衡模型进行了验证。     

无人飞行器航迹规划方法综述

首先从不同角度给出航迹规划的两种定义,把航迹规划问题拆分为规划空间、航迹表示、约束条件、目标函数、规划算法五个子问题,提出了适用于各类无人飞行器航迹规划问题分析求解的过程模型。对规划空间构造方法、目标函数、规划算法进行分类比较,并给出每种方法的优、缺点及适用范围,辅助规划人员针对具体需求快速明确规划思路并选择算法。最后指出了航迹规划未来面临的新问题、新挑战。     

临近空间太阳能飞行器横航向稳定性

临近空间太阳能飞行器的横航向气动导数和质量特性与常规飞行器存在显著差异,其横航向模态具有不同于常规飞行器的特点。理论分析表明,临近空间太阳能飞行器滚转交感动导数较大,偏航阻尼动导数较小,导致螺旋模态发散;航向气动阻尼力矩和惯性力矩之比较大,因而荷兰滚模态阻尼比较大。为解决常规线性化动力学模型无法体现风场影响的问题,以地速在机体坐标系中的投影作为状态变量,建立了考虑风场影响、适用于地速为0 m/s状态的线性化横航向动力学模型。利用此模型分析了临近空间太阳能飞行器在水平风和垂直风中的横航向稳定性。分析结果表明,稳定风场对横航向模态特征根无影响,但会导致横航向模态特征矢量发生改变。建立的动力学模型可用于此类飞行器的动力学分析和仿真。     

临近空间太阳能飞行器着陆状态阵风响应

对临近空间太阳能飞行器着陆状态时的阵风响应问题开展了数值模拟研究。针对该类飞行器质量轻、柔性大、降落时速度低的特点,基于 CFD/CSD松耦合分析法,利用网格速度法引入阵风载荷。以 1-cos阵风模型为基础,探讨了飞行器着陆状态遭遇二维阵风载荷时,其翼尖位移、扭转角、翼根所受结构整体弯矩以及升力系数的变化特性;并将二维阵风响应结果与一维阵风响应结果进行对比;获得了临近空间太阳能飞行器着陆时,二维阵风沿飞行器翼展方向的变化对其结构和气动性能的影响规律。     

临近空间太阳能无人机增升减阻技术综述

临近空间太阳能无人机是介于航空器与航天器之间的特殊飞行器。受太阳能电池的光电转换效率和储能电池能量密度的约束,提升临近空间太阳能无人机气动效率和螺旋桨推进效率是保证该类型无人机平台任务执行能力、具备永久飞行能力的重要技术途径。然而低雷诺数效应给全机增升减阻技术攻关和节能降耗的设计目标带来了严重困难和挑战。针对这一问题,本文从翼型设计、气动布局设计、螺旋桨/机翼气动耦合设计、流动控制技术、螺旋桨增效设计5个方面调研了临近空间太阳能无人机增升减阻技术的研究现状,梳理了现有增升减阻措施的技术路线,分析了不同增升减阻方法的优势与不足,最后针对临近空间太阳能无人机增升减阻技术的发展趋势给出了建议。     

动态环境下在线航迹规划的滚动优化方法

动态环境下飞行器在线航迹规划问题的难点在于规划方法需要适应飞行环境的动态变化,以及规划快速性与准确性之间的矛盾。在综合分析动态环境下航迹规划问题特点的基础上,提出了一种在线航迹规划的滚动优化方法。采用模型预测控制对指令航迹进行滚动优化。通过引入新的末端惩罚项,构建了一种更能反映未来段航迹偏离程度的性能指标,使飞行器能够对未来段参考航迹的航向变化提前作出反应。相比传统的固定时域的规划方法,规划的快速性和准确性同时得到了提高。仿真结果表明,该方法能够在动态环境下在线生成较精确的指令航迹,引导飞行器以较小的偏差沿参考航迹飞行。     

临近空间太阳能无人机结构设计

临近空间飞行器的发展和应用将可能对未来整个作战体系和作战思维产生重大而深远的影响。临近空间环境的复杂性决定了临近空间飞行器的研制具有高难度性,存在诸多技术难题。考虑现有的应用需求和技术基础,针对临近空间飞行器的先进概念进行研究,提出具有技术发展可行性的临近空间飞行器的概念和方案,重点开展超高空长航时无人机的研究。采用可再生能源系统(太阳能),满足长达数月的抗风驻留飞行和机动,为持久驻留低速临近空间飞行器研制奠定技术基础。研究提出一种临近空间太阳能无人机设计方案,并对方案进行详细设计,包括总体设计、气动分析、结构设计、强度分析和天地往返设计,文章详细介绍结构设计部分。结构设计采用复合材料,在满足强度要求的前提条件下最大限度地减轻重量。研究表明:采用高比强度和比刚度的轻质复合材料能在满足强度要求的前提下减轻结构重量。     

利于冬季飞行的太阳能飞机构型研究

针对冬季太阳辐射强度较弱的问题,提出并研究了一种新型太阳能飞机构型。概述了太阳能飞机的总体构型,建立了太阳辐射和能源动力系统模型,对飞机的气动、能量、质量及机翼最优偏转角等特性进行了分析,给出了适用于该构型太阳能飞机的总体参数设计方法,并对构型设计参数进行了研究。结果表明:机翼偏转角的存在可有效提高太阳能飞机所接收的太阳辐射能量。综合考虑太阳辐射能量和推进系统质量,机翼最优偏转角在7.4°~9.5°之间,其随时刻变化;端板最优展弦比为5左右,端板与机翼的最优面积比为0.09,端板最大许用升力系数的最优值为1.1。新构型太阳能飞机总面积比常规构型减小44.2%,其优势明显。     

飞行器航迹规划中的规划区域建模方法

针对网格法用于规划区域建模的不足,提出了一种新的规划区域建模方法-多航迹区链接图法.该方法在对规划区域进行建模的过程中充分考虑飞行器的特性、飞行环境和使用特点,结合规划区域中障碍物的属性、形状和分布情况构造出航迹点的候选区域,从而得到规划空间的多路径区连接图的建模描述,基于这种建模描述使用优化算法来规划飞行器的较优或"可行"航迹.仿真结果表明,该算法有效的利用了背景知识,计算快,耗时少,搜索效率高,对于有效地解决战场环境下飞行器的航迹规划有工程实用价值.     

临近空间高超声速飞行气动外形设计初探

根据临近空间大气特点、对临近空间高超声速飞行器的乘波体外形设计进行了初步探讨。论文介绍了乘波构型的概念和生成方法、基于楔形流场进行了两种∧型乘波体的外形设计,并且完成了数值模拟以及计算分析。数值模拟的结果验证了基于楔形流场∧型乘波外形设计方法和设计过程的可行性,为临界空间高超声速飞行器气动外形设计提供了参考。     

一种负升力超高声速临近空间突击飞行概念

提出一种飞行高度70 km以上的超高速临近空间飞行概念,旨在通过火箭发动机克服大气阻力作用,通过负升力达到增加地球引力常数的等效效果,实现高于地球环绕速度的突击飞行,具有速度快、航程远的特点.分析了等高度巡航过程的受力情况,对气动参数选取、能量需求等问题进行了分析,给出了这类飞行器可能运行的空间区域.分析表明,该飞行方式可以实现在40 min内全球到达.     

威胁联网下无人作战飞机突防作战航迹规划

以复杂战场环境下无人作战飞机(UCAV)的自主突防作战为研究背景,以防空单元为威胁建立威胁联网模型,针对威胁联网的指挥控制组织结构和信息交互关系的特点,建立了一种威胁联网的信息交互数学模型,并且通过网络模拟器NS-2(Network Simulator Version 2)仿真验证了该数学模型的合理性与适用性,同时基于此提出了一种UCAV威胁代价评估模型;然后,结合UCAV动力学约束与制导武器攻击区约束,给出一种基于改进稀疏A*算法的自主突防与攻击航迹规划算法。仿真结果表明,该算法能够快速获得UCAV突防作战航迹,且由于采用了动态的威胁评估方法,对突发威胁有较好的适用性。     

基于DSAS算法的直升机贴地飞行在线航迹规划

通过改进优化传统A*算法,利用动态稀疏A*搜索(DSAS)算法在线设计了直升机贴地飞行轨迹.该算法采用逆向搜索方式规划航迹,在遇到新生探测威胁时,只需局部调整受到影响的航迹,减少了重新规划的范围,提高了搜索效率.此外,在生成节点时考虑了直升机性能及飞行约束,优化了搜索范围;并且根据影响贴地飞行航迹性能的各种因素,设计了航迹代价计算方法;利用层次分析法结合专家分析计算得到最优代价权值.仿真结果表明,该方法在线设计的飞行轨迹能够较全面地满足避障、贴地功能,相比稀疏A*搜索(SAS)算法节省了计算时间.     

突防飞行与多区域搜索一体化侦察航迹规划

针对战场环境下无人机的侦察路径规划问题,首先设计突防飞行与多目标区域搜索的一体化侦察航迹规划策略。然后针对侦察任务中的突防问题,在传统快速扩展随机树(RRT)的改进算法基础上,提出一种基于改进RRT^*的无人机突防航迹规划方法,通过设计目标偏置算法解决了传统RRT算法采样点随机性大、收敛速度慢等问题。针对侦察任务中的目标搜索问题,使用改进的旋转卡壳路径规划器(RCPP)进行覆盖式航迹规划,提高了搜索覆盖率。最终通过对比仿真试验,验证了所提出算法的优越性,以及算法应用于战场侦察任务的有效性。