舵面力矩负载模拟器

舵面力矩负载模拟器(以下简称负载模拟器)是一种电量机械量的转换器,其任务是在飞行器制导回路和稳定回路中进行实物(或半实物)仿真试验时,用它模拟飞行器在飞行过程中,作用在舵机输出轴上的气动铰链力矩,以研究气动力负载对控制系统工作性能的影响。     

高超声速飞行器俯冲段制导控制一体化设计方法

针对高超声速飞行器高速俯冲飞行段制导控制系统设计问题,建立了俯冲飞行段制导控制一体化低阶设计模型,提出了一种新颖的六自由度(6DoF)制导控制系统设计方法。基于目标-飞行器三维空间相对运动模型和坐标系转移关系建立了三维全耦合俯冲相对运动模型,推导得到了飞行器加速度在弹道坐标系三轴的分量与飞行器三通道角速率间的解析模型,进而结合飞行器绕质心动力学模型建立了以气动舵偏角为控制输入的俯冲飞行段制导控制一体化低阶设计模型。该制导控制一体化低阶设计模型降低了俯冲飞行段制导控制系统的模型阶数,减少了六自由度制导控制系统的设计参数,省略了传统设计方法中根据期望过载反求气动欧拉角的过程;同时利用解析模型替代了传统方法中姿态控制环路的跟踪控制过程,简化了制导控制系统的设计流程,为制导控制一体化设计提供了一种新的分析思路。数值仿真结果验证了本文提出的制导控制一体化设计方法的有效性和鲁棒性。     

某型旋转制导炸弹自旋频率设计

提出了将旋转导弹单通道控制原理应用于制导炸弹控制系统设计的构想,并对旋转制导炸弹自旋频率设计进行了初步的探索。主要结合制导炸弹的运动特性,通过分析影响自旋频率设计的主要因素,给出了自旋频率的设计原则:避免产生滚转共振,在飞行过程中保持动态稳定和考虑继电式舵机的换向频率。在此基础上,以某旋转制导炸弹为例,计算了其动力系数、固有频率,最后得出了满足设计要求的自旋频率上限和下限。该设计方法也可应用于再入旋转机动弹头的自旋频率设计。     

基于模糊神经网络的智能PID控制算法

舵机控制系统存在响应速度慢、抗干扰能力差、系统参数不易整定、现有控制技术与设计方法的局限性等问题,这些问题影响了舵机的性能。为了提高制导火箭弹舵机伺服控制系统的性能,文章从舵机智能控制技术出发,研究了舵机的智能控制算法和Simulink系统仿真模型,采用模糊神经网络PID控制器来提高舵机的稳定性。仿真结果表明,模糊神经网络相比其他控制器进一步提升了舵机控制系统的控制效果。     

飞行器阵风响应的CFD-6DOF仿真分析

飞行器在大气中飞行,不可避免地受到阵风的影响。阵风所附加的气动载荷引发飞行器飞行状态的改变,过大幅值的阵风影响飞行的性能与安全。针对这种状况,首先采用改进的Lamb-Ossen涡模型,建立尾涡形式的阵风场;然后采用基于CFD技术的非定常N-S方程求解,并在计算网格中引入"网格速度"来模拟阵风,对SWIM(Subsonic Wall Interference Model)尾涡中的定常气动特性进行验证;最后通过CFD-6DOF的耦合,对SWIM俯冲穿越尾涡场的飞行轨迹进行研究。结果表明:计算结果与实验值符合较好;SWIM在尾涡中飞行时出现抖动、下沉、改变飞行状态、剧烈翻转的现象,与实际飞行器进入尾涡中的轨迹特性类似。     

制导炸弹发射区研究

基于小型制导炸弹(炸弹+制导)气动特性、动力学方程、制导律、目标运动模型及发射区计算等飞行数值仿真模型与算法,在炸弹发射状态一定的情况下,通过不同的炸弹轨迹倾角、偏航角和目标运动的组合,仿真计算了大量的发射区.利用仿真软件C++与Matlab,能够较为直观地比较目标在运动状态不同情况下制导炸弹的发射区和6-DOF飞行轨迹.所得结论可为制导炸弹精确打击目标提供依据,提高了制导炸弹的作战性能.     

飞行试验弹道重建技术

中远程弹道导弹飞行试验受多种因素的制约,其靶场飞行试验次数有限,且很难进行全程飞行试验,如何将飞行试验落点向全程飞行试验落点的折合,是命中精度指标评定中需重点解决的问题。采用飞行试验弹道重建技术,辨识出影响飞行试验弹道和落点偏差的主要内外干扰项,实现制导工具误差、制导方法误差及非制导误差向全程弹道的折合,工程实践表明是一种较好的方法。     

飞机积冰后若干飞行力学问题综述

回顾飞机积冰后若干飞行力学问题研究的历史与现状,着重介绍了积冰飞机气动数据的获取途径、积冰飞机飞行力学建模与飞行仿真、积冰对飞机稳定性和操纵性的影响以及积冰对飞机飞行性能的影响.在已有飞机积冰后飞行力学问题研究的基础上,提出了飞机积冰后飞行力学问题研究领域需要解决和关注的若干问题,包括通过数值模拟方法获取积冰飞机的气动数据、完善积冰对飞机气动导数影响的计算模型以及加强平尾失速方面的研究.今后需要进一步对模拟冰风洞、数值模拟方法和平尾失速进行研究,并获取更多实验数据.     

一种用于铁鸟舵机气动铰链力矩模拟的力臂建模方法

根据某飞机铁鸟舵机气动铰链力矩模拟的工程实际情况,对力矩的力臂计算原理进行数学建模分析,并提出工程建模方法。这个方法可以实现在铁鸟环境下快速、低成本、高效的建模,对铁鸟舵机气动铰链力矩的模拟精度进行分析。     

导弹舵机非线性因素对高精度姿态控制影响的研究

舵机在制造、安装等过程中产生的非线性因素,会对导弹的飞行状态造成相应影响。在进行某型导弹全数字仿真时,为了研究非线性因素产生的影响,介绍了舵机中存在的典型非线性因素特性,建立了包含线性舵机模型的发射坐标系下的导弹六自由度模型,并在线性舵机环节中依次添加死区、间隙、零位偏移等非线性因素,分别进行仿真实验。通过数据对比得出了分别添加死区和间隙时对攻角具有较大影响,零位偏移的方向决定了其对滚转角和攻角的影响程度,但仍均满足飞行任务要求的控制精度的结论。     

高速运动舵机的气动伺服加载特性研究

高速运动舵机是一种高能量密度的作动器,具有瞬时、高速及高加速的特征.由于高速运动舵机应用的特殊性,必须对其进行严格的产品性能测试,尤其是其带载工况下的工作可靠性,需要通过模拟负载工况来进行测试.由于高速运动舵机的固有特征,传统电液和电动伺服加载方式将产生难以克服的多余力,基于此,提出一种气动伺服加载方案.首先,对气动加载进行了建模与仿真,验证了气动伺服加载的合理性,优化了系统参数;然后,构建了气动伺服加载实验台,进行了对高速运动舵机在不同工况下的载荷谱加载实验.经过实验验证表明,该气动伺服加载系统能够实现对高速运动舵机进行变梯度动态载荷的加载,并具有较高的精度和可重复性,对高速运动舵机的测试具有重要的意义.     

高超声速飞行的若干气动问题

转捩、层流流动分离和气动误差带是高超声速飞行需要关注的几个气动问题。转捩与层流流动分离会对飞行器的气动特性产生显著的扰动,且这种扰动存在一定的不确定性;而如何合理地确定飞行器的气动误差带也是高超声速飞行的一个关键。本文主要从工程设计的角度对这些气动问题及其影响进行了论述,提出为满足高超声速飞行的需求,仍应针对所关注的问题发展相关的理论分析与数值模拟技术,进一步提升地面风洞试验的技术水平,并强调了开展相关气动飞行试验的重要性。     

远程空空导弹中制导策略的分析和评估

研究了远程空空导弹中制导策略的分析和评估问题。为了综合改善中制导策略在纵向和侧向平面内的飞行性能、提高评估结果的可信性和全面性,提出了一种基于最优控制理论的混合中制导策略,重点对中制导策略的飞行性能和作战性能两个方面进行了综合的评估。结果表明,所设计的中制导策略具有更广的射程范围和最大的攻击区、更短的飞行时间和更大的末端能量。     

高超平板边界层转捩的气动光学诊断技术

高超声速平板边界层转捩是基础研究和工程应用中的一个重要的难题,对于转捩区域的理论估计和试验诊断与实际飞行试验结果有较大的偏差。随着光学测试技术的发展,高超声速气动光学研究水平不断提升,在气动光学中,一个重要的问题是边界层流动对穿过流场的光束存在影响,使光束发生畸变,包括光束的偏折、模糊和抖动。将上述两个问题结合起来考虑,高超声速边界层的转捩过程会使穿过边界层的光束的畸变情况发生变化,通过研究流场状态变化与光束畸变的变化之间的关联,尝试建立一种以气动光学测试方法为基础的边界层转捩诊断技术。本文具体分析了高超平板边界层转捩与细光束抖动特性之间的联系,提出了可以通过气动光学的细光束技术和高速图像拍摄技术对高超平板边界层转捩进行检测识别的新思路,并在FD-20风洞中来流Ma=8,ReL=1×107/m条件下,采用SABT(Small-Aperture Beam Technique,即细光束技术)以及HICS(High-speed Imaging Camera System,即高速图像拍摄系统),开展了平板模型边界层转捩的细光束抖动特性实验。试验模型的中心子午线上布置了有机玻璃窗口,可通过窗口测量光束通过测点及边界层后的抖动情况,结果表明再边界层的不同流向位置,细光束的抖动出现了幅值方差的变化。将这一试验结果与同一模型中心子午线的气动热测试结果相比较表明,细光束抖动特性的变化趋势与转捩区中的热流增长趋势相同,因此,采用上述气动光学检测技术对高超平板边界层转捩进行诊断和识别,存在可行性。     

高超声速飞行器时间协同再入制导

从饱和打击任务需求出发,针对多高超声速飞行器时间协同再入制导问题进行研究,提出时间可控再入制导律和协同再入制导架构,在改善现有制导律实时性、在线约束管理等性能的基础上,重点解决再入飞行时间不可知、不可控问题,最终实现时间协同再入飞行。协同再入制导结构分为两层,其中底层提出了基于神经网络的时间可控再入制导律,以实现再入飞行时间的可知性与可控性为目标;上层根据不同再入阶段特点设计相应的协调函数,生成时间协调信息。该结构适用于集中式或分布式的通讯结构,同时上层协调策略可以根据任务需要进行有针对性的设计与拓展。最后,通过仿真验证了时间可控再入制导律对时间的可控性和协同再入制导结构的有效性。     

战斗机大迎角气动特性研究技术的发展与应用

飞机布局的大迎角气动特性是决定飞行包线左边界的主要因素之一。飞行包线左边界区域的扩展增强了飞机的大迎角机动性和敏捷性,但是同时也极大地挑战着飞机的安全。几十年来,随着大迎角飞行研究技术的发展,战斗机飞行不断突破失速迎角附近及以上区域,将飞行左边界左移,扩大了飞行包线,减少了飞行限制,挖掘了战斗机的作战潜能。本文对战斗机大迎角飞行相关的气动特性研究技术,包括流动机理研究、数值计算方法研究、风洞气动试验、气动建模与数据库构建、气动与控制综合验证等关键技术的发展与应用进行了阐述。基于这些技术的发展,结合工程实践经验,提出了战斗机大迎角气动特性研究的整体思路和方法,包括大迎角气动力预先设计、气动力获取、气动力表达、气动力综合分析和气动-运动-控制一体化验证五个部分,以供相关装备研制参考。     

基于试飞数据的直升机气动模型参数频域辨识

针对直升机气动强耦合、强非线性、不稳定的特点,采用扫频方式获取飞行试验数据及频域辨识技术进行其气动模型辨识。首先分析了气动辨识模型、飞行试验数据需求,并对飞行试验动作进行设计,然后形成气动模型频域辨识流程。在纵向气动模型辨识过程中,发现扫频飞行试验数据低频、高频段数据质量差,纵向和横向通道舵偏相关性强等问题。     

直线气动舵机加载测试系统设计与实现

直线气动舵机加载测试系统用来模拟铰链力矩对直线舵机进行加载,同时也可对舵机的静态和动态指标进行测试。通过对力加载系统实现形式的分析,给出了系统总体方案和部件选型,对系统调试过程中遇到的问题进行了分析说明,最后给出了系统的测试结果,完全满足系统指标要求。     

基于NFTET的高超声速飞行器再入容错制导

针对以X-33为对象的三自由度高超声速飞行器,采用相邻可行轨迹存在定理(NFTET)设计了容错制导律以解决再入段执行器发生故障的轨迹重构问题。在标称情况下采用预测校正算法生成满足再入过程约束和终端约束要求的再入轨迹;当执行器发生故障时,飞行器气动参数、结构和舵面力矩都可能发生不可预测的变化,原先的轨迹不再满足制导要求,因此需要设计新型容错制导律。针对实际再入制导模型,基于NFTET设计容错制导算法对轨迹进行重构,得到满足故障情况下制导任务的可行轨迹。从仿真结果中可以看出,容错制导算法生成的新轨迹重新回到了约束范围之内,轨迹呈收敛趋势,使得高超声速飞行器从故障恢复到正常飞行状态,提高了飞行器的自主容错能力。     

登月软着陆过程多约束最优制导律研究

为使登月舱软着陆过程安全可靠,须对其飞行轨迹进行多种约束规划与制导。在满足登月舱姿态约束的基础上进行最优制导律推导;考虑到飞行过程中的多种约束,引入航点优化算法,将飞行过程中的轨迹多约束转换为航点约束,并以指令加速度变化平稳为优化指标,将轨迹优化问题转换为二次规划问题,实现多约束下最优制导。仿真结果表明该方法能在加速度变化最小的情况下满足多种飞行轨迹约束要求,落点精度满足要求,实现登月舱安全软着陆。