国外高超音速飞行器现状及有关工艺技术研究

可重复使用航天发射器和高超音速飞行器技术的开发是美国等西方国家新一代导弹武器、新型航天运载器研究开发的重点.介绍了美国高超音速导弹与再入飞行器的开发情况,叙述了高超音速飞行器试验机X-43A的制造过程,分析了高超音速飞行器热结构工艺.     

机动再入飞行器主动段再入点约束闭路制导研究

基于机动再入飞行器再入制导段控制条件荷刻和难度大，必须为飞行器创造最佳的再入条件。本文对具有再入点约束的主支段闭路制导律进行了研究。根据飞行器椭圆弹道的性质、飞行器再入条件、球面几何和不动点原理给出了理想弹道的计算算法。为使飞行器能在主动段很快地进入到理想弹道上，系统采用了非线性的推力向量控制及预测制导方法。通过对新型号再入飞行器的制导系统的设计与仿真，表明该制导系统使飞行器全程飞行有很好的飞行性能。     

美晕的动能武器发展现状

未来高技术局部战争的重要特点是信息化和精确打击。先进的全球一体化信息系统与精确打击武器的结合将改变战争进程，成为影响战争结局的重要因素。作为一种新概念武器，动能武器采用硬杀伤方式，通过其核心——动能杀伤飞行器（KKV）直接碰撞毁伤目标，是继核弹头、破片弹头之后的第三代反导、反卫星武器，具有有效防御敌方精确打击武器、     

再入微波综合测量系统

本文提出的“再入微波综合测量系统”是一个在飞行器上采用一个载波调制若干种不同特点的测量信号以完成遥测、外测等多种功能的综合无线电再入测量系统。再入微波综合测量系统能完成飞行器再入时的常规信号、触地信号及特快波形的遥测任务。飞行器上的发射机实现FM/AM双重调制,它除了完成规定的遥测任务外,能同时用于再入段,特别是10km高度以下的外弹道参数测量。为了确保工作可靠,不论是再入遥测或外测,地面站都不采用跟踪。再入微波综合测量系统的提出,使再入遥测的研究进入了一个新阶段。本文提出的基本原理和方法,可望在再入测量以外的其它某些测控领域中获得应用。     

再入气动理论和实验的评述

战略武器的发展,要求进一步提高再入飞行器的突防能力、生存力和命中精度。现代高级再入飞行器主要是高β(弹道系数)再入的弹道式再入飞行器和机动武再入飞行器。本文所讨论的再入问题,就是指高级再入飞行器再入地球的大气层时所遇到的问题,整个再入系统虽然还包括材料、结构、遥测、控制等其它方面。但是再入动力学和气动热力学是再入系统的最重要问题之一,本文着重讨论这方面的现状、存在问题和解决问题的技术途径。 再入气动力学和气动热力学的主要问题是烧蚀防热问题,气动力问题,粒子云侵蚀问题,滚动问题,机动再入问题和再入物理等问题。解决这些问题要采用理论和实验相结合的方法,依靠理论计算、地面模拟试验和飞行试验等手段,通过综合分析提高设计计算的精度,寻找有效的措施保证性能要求。     

美国正在探索新的突防技术

一、研究增强洲际弹道导弹突防能力的各种技术空军弹道导弹局计划于1985财年对可以提高弹道再入和机动再入飞行器突防能力的各种技术和系统进行研究。目前已提出的研究项目包括:1.用各种有源和无源的电子方法改进再入飞行器(包括本体和尾流)的特征,使苏联的防御失效;2.用反模拟技术改进再入飞行器的可观察度;3.抑制再入飞行器尾流或增强有关突防装置的尾流;     

基于非线性最优终端匹配的再入轨迹快速规划研究

针对新型升力式再入飞行器再入轨迹终端需满足多约束条件的情况,研究 了一种基于非线性最优终端匹配的再入轨迹快速规划方法。根据升力式再入特性和任务需要 ,将飞行器再入轨迹划分为初始下降段、准平衡滑翔段和终端匹配段,其中初始下降段和准 平衡滑翔段采用单参数迭代搜索法快速生成轨迹,终端匹配段则基于一种全局插值多项式来 离散化控制变量,并采用复形调优法对这一参数化最优问题进行非线性优化求解。仿真结果 表明,轨迹快速规划方法可以在半分钟内生成一条满足多终端约束的再入轨迹,并具 有较高的精度。该方法对于未来新型升力式再入飞行器具有很好的工程应用前景。
     

角加速度反馈在再入段控制中的应用

针对再入飞行器滚动通道产生较大的滚动角及滚动角速率,给出了一种能够有效地减小滚动角和滚动角速率的方法。该方法引入滚动角加速度信号反馈,并采用逆系统方法设计控制器。数学仿真结果表明,引入角加速度信号后,通过对干扰力矩的补偿,可以很大程度上减小再入飞行器的滚动角和滚动角速率,滚动角可以稳定在±5°范围以内。该方法将有利于减弱通道之间的耦合,提高再入飞行器再入段控制的精度。     

欧洲再入大气层试验飞行器

欧洲再入大气层试验飞行器是简单的不载人座舱式飞行器。它将随“阿里安5”火箭的第二次鉴定飞行发射升空。这是欧洲载人航天计划中的重要一步,旨在试验航天器返回地面的全套回收技术、获取在再入大气层阶段的各种参数,为正式设计载人飞船提供依据。文中对这种试验飞行器的总体及试验测量技术作了简要介绍。     

升力体再入飞行器离轨制动方案及优化研究

离轨制动是确保天地往返飞行器安全、准确返回既定着陆场区的前提。文章借鉴载人飞船再入返回飞行的工程经验,对升力体再入飞行器的离轨制动总体方案进行分析,阐述了离轨制动任务剖面以及相关总体参数,依此确定离轨制动设计条件、设计约束。在此基础上,以典型升力体再入飞行器为例,仿真分析给出了升力体再入飞行器离轨制动时序设计和离轨制动策略方案,得到涵盖离轨制动策略、离轨制动时序的升力体再入飞行器的总体设计方案。最后,通过灵敏度分析确定了优化设计变量,开展了离轨制动多学科优化设计的关键技术研究。相关研究内容可为升力体再入飞行器离轨制动的具体工程实施提供技术参考。     

再入飞行器优化气动布局研究

本文研究了再入飞行器的优化气动布局问题，提出了单目标和多目标、优化设计方法。通过研究分析，指出了具有高机动性能的带翼机动再入飞行器、弯体机动再入飞行器及带翼锥柱裙机动再入飞行器等再入飞行器的几何参数变化规律。该研究对这类再入飞行器的气动布局选型有重要的参考价值。     

轻小型再入飞行器发展研究

为实现深空探测无人取样返回任务,目前国外普遍采用轻小型化返回飞行器,并已取得较大成功。文章概述了星尘号、起源号和隼鸟号3个典型深空高速再入返回器的情况及技术特点,在此基础上分析了我国开展轻小型再入返回器研究的技术需求及发展建议,指出需要在高速再入返回气动技术、轻小型高速再入返回热防护技术、超声速降落伞回收技术、轻小型机构与综合电子技术等方面进行突破。     

再人飞行器优化气动布局研究

本文研究了再入飞行器的优化气动布局问题，提出了单目标和多目标优化设计方法，通过研究分析，指出了具有高机动性能的带翼机动再入飞行器，弯体机动再入飞行器及带翼锥柱裙机动再入飞行器等再入飞行器的几何数变化规律，该研究对这类再入飞行器的气动布局选型有重要的参考价值。     

欧洲再入大气层试验飞行器

欧洲再入大气层试验飞行器是简单的不载人座舱式飞行器。它将随“阿里安５”火箭的第二次鉴定飞行发射升空。这是欧洲载作 的重要一步，旨在试验航天器返回地面的全套回收技术，获取在再入大气导阶段的各种参数，为正式设计载人飞船提供依据。文中对这种试验飞行器的总体及试验测量技术作了简要介绍。     

基于椭球近似解析法的飞行器再入轨迹优化

针对再入机动飞行器的再入段轨迹规划问题,设计了基于速度-阻力加速度剖面的轨迹优化方法,推导了根据速度-阻力加速度曲线和速度-攻角曲线计算飞行器跟踪规划轨迹所需要的控制力、航迹倾角、飞行器高度等量的公式,给出了飞行器再入倾角和速度-阻力加速度曲线斜率的关系,提出了 一种考虑飞行器控制能力极限的基于椭球近似解析法的飞行器再入段轨迹优化方法,通过仿真验证了所提出方法的有效性.     

关于飞行器进入行星大气层的问题

宇宙飞行器再入地球大气层或进入行星大气层是航天飞行的一个重要阶段。从空间返回地球大气层的飞行器叫做再入地球大气层飞行器,简称为再入飞行器;进入其它行星大气层并不返回地球的飞行器称为进入行星大气层的飞行器,我们不妨把这两类飞行器都简称为进入飞行器。     

再入飞行器攻击空中活动目标的制导律研究

针对再入飞行器攻击空中活动目标的特殊问题,分析了再入飞行器和空中活动目标的运动特性,建立再入飞行器和空中活动目标的运动模型,在此基础上引入目标运动信息对制导律进行修正,提出修正比例导引,从而减小由于目标运动对制导精度的影响。数学仿真结果表明,采用修正比例导引可有效降低再入飞行器需用过载,提高命中精度,减小终端速度倾角散布。该方法参数适应性强,易于工程实现。     

再入飞行器可达区域近似算法及地面覆盖研究

在无旋圆地球假设下,利用飞行器最大纵程、最小纵程和最大横程三个典型性能指标,建立了飞行器纵程和横程之间近似椭圆分布的解析关系式,通过该关系式能够快速得到纵程和横程对应的边界曲线,并根据球面三角形将纵程和横程的对应关系转化为经纬度关系,从而得到飞行器地球表面可达区域的边界线.通过与Legendre伪谱法计算所得最优解的比较发现,在不同经纬度,以不同航向角再入后,最优化方法计算得到的边界点与解析方法计算的边界曲线分布基本一致,并仿真分析了不同弧段再入后飞行器地面可达区域的变化特点,针对顺行轨道和逆行轨道完成了再入飞行器地面覆盖范围的计算.该解析方法通过3个典型指标就能够快速计算飞行器再入可达区域,有助于飞行器着陆场快速选择和初期轨道快速设计.     

高超声速飞行器再入段LQR自抗扰控制方法设计

针对高超声速飞行器(HSV)再入过程中强非线性、强耦合、气动参数变化剧烈的不确定性的特点,提出一种基于线性二次型调节器(LQR)和自抗扰控制(ADRC)的高超声速飞行器再入段的姿态控制方法。首先,建立高超声速飞行器再入段线性化模型,并采用LQR方法完成了状态反馈控制律设计。然后,结合自抗扰控制技术,设计了扩张状态观测器(ESO)对系统的模型不确定性和外部干扰进行补偿,大幅增强了系统的扰动抑制能力。最后,将得到的高超声速飞行器再入段LQR自抗扰姿态控制器(LQRADRC)应用于高超声速飞行器六自由度仿真,仿真结果表明本文所提出的控制方法能够快速、精确地跟踪角位置指令,并且对系统不确定性具有强鲁棒性。     

X-38飞行器质量特性测量方法

质量、质心和转动惯量是再入类飞行器的重要参数,其测量精度对飞行器控制至关重要。详细介绍并对比分析了X-38飞行器质量特性测量方法,测量结果表明:采用三点法c质量和三个方向质心位置,采用单点悬挂法和弹簧工作台可以准确测量三个方向的转动惯量。X-38飞行器的质量特性测量方法对于类似的再入飞行器质量特性测量具有很好的参考意义。