基于物理规划的高超声速飞行器滑翔式再入轨迹优化

 轨迹优化是新型高超声速滑翔式再入飞行器方案设计的关键技术之一。物理规划方法能够以较低的计算代价获得设计者偏好的多目标优化问题的折中解。基于该方法研究滑翔式再入最优飞行轨迹。首先介绍物理规划方法求解多目标优化问题的数学模型,然后将考虑射程最大、热载最小、热流密度峰值最小和弹道最稳定4个目标的再入最优轨迹问题纳入物理规划的框架求解。以某带翼锥形再入飞行器为例,通过计算并分析单目标优化结果,确定具体的偏好结构,采用遗传算法求解了考虑热流、过载、动压和终端条件约束的多目标最优轨迹。优化计算结果验证了物理规划方法的有效性。分析了沿最优轨迹飞行的物理原因和基本迎角控制规律,可为滑翔式再入飞行器的最优轨迹方案设计提供依据。     

一种滑翔飞行器弹道的参数优化方法研究

建立了飞行器滑翔弹道的数学模型,通过把控制变量攻角在空间域上离散成100段,将飞行器的弹道优化问题转化为参数优化问题,提出了一种自适应变终端反复趋近的参数优化方法。采用自适应模拟退火算法对节点处的攻角进行寻优,找到一个最优的攻角控制规律,使得射程最大,并与最大升阻比飞行方案进行比较和分析,得出了最优控制方案的航程大于升阻比最大飞行方案航程的结论并分析了原因。     

基于理想视线制导的多导弹协同攻击策略

理想视线制导律是一种沿理想视线方向的、对终端相对位置与终端相对速度进行控制的弹道成型制导律。基于此制导律,提出了一种圆弧假设并推导了理想视线约束角度与飞行剩余时间之间的函数关系,设计了多导弹飞行时间协同控制系统。在此基础上,提出了针对低速目标的多导弹协同攻击策略。该制导策略通过调节各导弹终端理想视线与相对距离矢量方向夹角大小的方法,有效地减小了各导弹飞行时间之间的差额。仿真结果表明,所设计的制导策略可以很好地实现多导弹对固定目标的协同攻击并且有较强的容错性。     

基于拟平衡滑翔的横程最大轨迹研究

求解横程最大弹道问题就是要探求飞行器的最大横程机动能力。将地球看成一圆球,不考虑地球自转,建立三自由度再入滑翔飞行的动力学和运动学方程。用最优控制来描述此问题,控制量为倾侧角和迎角,进一步基于拟平衡滑翔条件推导出由状态变量和倾侧角描述的迎角控制规律的形式,从而使得控制量只有倾侧角。在此模型的基础上采用基于四阶经典Runge-Kutta积分法的配点法来描述此最优控制问题,将其转化为非线性规划问题,优化的性能指标为末端横程最大,用SQP算法优化得到了最优倾侧角控制规律以及相应的飞行轨迹,其结果与直接打靶法计算的结果一致。     

机动发射导弹助推段弹道快速规划方法

针对机动发射条件下的弹道快速规划问题,提出了基于神经网络状态预报模型的典型助推-滑翔导弹助推段弹道在线规划方法。导弹发射后,运用事先训练的神经网络拟合弹道计算过程,预报关机点状态,结合优化算法快速生成满足终端再入约束的飞行程序。仿真结果表明,所提神经网络预报及飞行程序解算模型能够适应给定的机动发射条件,在2 s内输出全程飞行程序,且实际终端状态量满足关机制导要求。     

面-面火箭弹增程与突防研究

阐述了面-火箭弹增程及突防设计原理,建立了导弹弹道仿真模型.通过飞行数值仿真比较了常规火箭弹和滑翔增程导弹的弹道特性,验证了面一面火箭弹通过滑翔增程的可行性.重点研究了滑翔增程弹分导式多弹头突防的可行性及分弹头弹道特性,并分析了该突防方案的突防概率,对今后面-面战术导弹研究有着重要的意义.     

置于敌雷达下概率最小的导弹飞行路径研究

研究了导弹置于敌方雷达下概率最小的飞行路径问题。分析了导弹飞行路径的全局最优解,以此为基础,进一步推导了导弹的最优路径、最优路径的长度及所消耗能量最小的数学模型。最优路径的数学模型与三叶Rose函数相近,建立了此最优解与Rose函数的关联并对结果进行了讨论。由此算法得到的导弹的飞行航迹能尽量绕过敌方的雷达威胁,有效地提高了导弹的生存概率。     

环球滑翔飞行及其地表投影的近似计算方法

定义了通过滑翔实现环球飞行的概念,并提出了以椭圆轨道理论和分段常滑翔角方法相结合的飞行器环球滑翔飞行地表投影的近似算法。计算和分析表明,初始投送方向角是决定环球滑翔飞行地表投影的关键因素。最后给出的算例验证了该近似计算方法的有效性。     

高超声速滑翔-巡航飞行器方案弹道设计

以射程为指标,研究了最优滑翔方案、最大升阻比滑翔方案等方案弹道,给出了滑翔段方案的确定原则;设计了程序转弯下压及高精度定高控制圆弧拉升的下压弹道段方案;针对巡航段的作战需求,重点设计了高精度稳态巡航方案。三自由度弹道的仿真结果表明,各项性能指标均满足飞行任务的要求,从而验证了所设计的方案的合理性。     

基于非线性规划的高超声速滑翔轨迹优化

研究了最大航程的无动力滑翔轨迹优化问题。为避免间接法的缺点,采用直接单重打靶法将轨迹优化问题转换为非线性规划问题,并利用非梯度优化算法和梯度优化算法相结合的混合优化策略得到最优轨迹。仿真结果表明,在采用更为真实的大气模型和动力学模型条件下,该方法具有较高的求解精度、收敛性以及鲁棒性,降低了初值要求;相对于最大升阻比轨迹,射程提高1.54%。     

电动液压推杆制动器“溜钩”问题的研究

本文对电动液压推杆制动器的“溜钩”现象进行了研究。通过对电动液压推杆制动器的制动行程、制动时间及电动液压推杆动作滞后时间进行测定和研究。为电动液压推杆制动器在起升机构上的运用找到了理论根据，并提出了加速电动液压推杆动作的可行性措施。     

高超声速滑翔飞行器约束预测校正再入制导

针对大升阻比高超声速滑翔飞行器的再入制导问题,将再入轨迹划分为初始下降段、过渡段和准平衡滑翔段。初始下降段采用定倾侧角飞行,过渡段在最大倾侧角附近飞行,准平衡滑翔段利用数值预测校正方法和准平衡滑翔条件在线设计同时满足过程约束和终端约束的倾侧角制导律。通过标准条件和扰动条件下的仿真结果表明,这种制导律在满足各种约束的条件下,不仅能够达到较高的精度,而且对初始误差具有良好的鲁棒性,能够应付再入时各种不确定性因素的影响。     

RF航段衔接ILS进近程序的最大下降角设计方法

RNP 程序的RF 航段与传统ILS 精密进近程序相结合能充分利用两类程序的优势,但两种程序的过渡阶段需要考虑最大下降角度的设计。本文分析过渡阶段程序的平面与剖面几何设计参数限制条件,以及从星基导航方式转为陆基无线电导航方式需要稳定截获航向信号与下滑台信号的运行限制条件;结合两种限制条件,设计一种可以从不同最后进近定位点（FAP）高度计算下滑道的偏离量与到最后航向截获点（FACF）的弧距离关系进行判断,从而确定最大下降角度的方法,并进行仿真验证。结果表明：该方法可以在不同过渡航渡长度与不同最后进近下降角度的限制下,根据给定最高程序假设温度计算得到符合两种限制条件的最大下降角,为RNP 程序与ILS 程序衔接过渡的下降剖面设计提供了一种基于理论基础且具有可行性的设计方法。     

Application of Endfire Arrays at Contemporary Glide-Slope Problem Sites

The application of the endfire-type, compatible instrument landing system (ILS) glide slope is discussed in the context of providing increased capability to install facilities without requirements for extensive terrain modification. Costs of preparing a site for glide-slope operation can be reduced many times by eliminating the requirement for the usual image-forming ground plane. An example is given where the first endfire glide slope has been installed at an airdrome on a mesa giving a high quality path in space in spite of the limited real estate. Recent flight data from this glide slope are presented.     

天基对地打击武器作战能力分析

通过对再入点速度大小、航迹角的限定,给出了由大气层内、外机动构成的总横向最大机动距离的数值计算方法。在此基础上,引入了对地攻击区的概念,给出了目标是否位于攻击区的判断方法及战斗舱离轨时刻的确定方法,从对地打击范围和快速性两个方面分析了单个天基对地打击武器的作战能力。     

直升机着舰纵向下滑控制系统仿真研究

采用ＬＱＧ／ＬＴＲ方法设计了直升机着舰纵向下滑控制系统,其中包括建立直升机增广系统的数学模型,确定控制器的频域范围匐棒性边界条件,反馈回路的设计和回路传递函数在输出端的恢复。在给出该控制系统仿真框图的基础上,利用仿真软件进行数字仿真。最后,对仿真结果中直升机高度、速度随机－舰距离和时间的变化曲线进行了分析,得到了一些有工程应用价值的研究结果。     

Footprint Problem with Angle of Attack Optimization for High Lifting Reentry Vehicle

A formal analysis to footprint problem with effects of angle of attack (AOA) is presented. First a flexible and rapid standardized method for footprint generation is developed. Zero bank angle control strategy and the maximum crossrange method are used to obtain virtual target set; afterward, closed-loop bank angle guidance law is used to find footprint by solving closest approach problem for each element in virtual target set. Then based on quasi-equilibrium glide condition, the typical inequality reentry trajectory constraints are converted to angle of attack lower boundary constraint. Constrained by the lower boundary, an original and practical angle of attack parametric method is proposed. By using parametric angle of attack profile, optimization algorithm for angle of attack is designed and the impact of angle of attack to footprint is discussed. Simulations with different angle of attack profiles are presented to demonstrate the performance of the proposed footprint solution method and validity of optimal algorithm.     

弓网电弧辐射特性及对机场下滑信标的影响

为获得弓网电弧辐射特性及从理论上分析其对机场下滑信标的影响。选择典型电气化动车线路,首先基于CISPR16-1标准,利用电磁干扰接收机对电分相和普通点处的弓网电弧电磁辐射进行点频测试,获得了其在下滑信标台频谱内的辐射特性,然后基于电波传播理论,以电气化轨道平行跑道为例,分析了弓网电弧电磁辐射对飞机导航的影响。结果表明：电弧电磁辐射具有一定的随机特性,普通点处产生的电磁辐射场强小于电分相处;普通点的电磁辐射不会对飞机的导航产生干扰;当轨道距跑道中心的距离分别为700、120和60 m时,电分相拉弧点距下滑信标台天线的距离应分别小于3 291、546和249 m时才不会对飞机的导航产生干扰。本结果能够为轨道电气化和民用航空这两大工业体系在机场区域的电磁兼容性设计提供依据。     

Calculating the Effect of Uneven Terrain on Glide Path Signals

A method for calculating the bends in the glide slope due to uneven terrain is presented. A computer program written for the purpose enables the calculation of the difference in depth of modulation (DDM) at any point, taking into account the effect of uneven terrain. Results are presented for a hypothetical case of a hill in front of the runway. The program enables us to predict the glide slope bends due to irregular terrain, so that proper selection of glide slope antenna location can be made.