单通道控制旋转弹系统动力学建模与Hopf分岔

为准确预测旋转弹系统的锥形运动形态并判断其稳定性,提出一对鸭舵引起的气动不对称性以及可能引起复杂非线性动力学特性的非线性因素,建立能准确描述单通道控制旋转弹系统姿态运动的复数形式的动力学模型并分析讨论其动态稳定性条件。利用分岔理论对单通道控制旋转弹系统开展Hopf分岔研究,给出了Hopf分岔发生的判断准则;推导了用于判定极限环稳定的第一Lyapunov系数。数值仿真结果验证了条件的正确性与有效性并发现了拟周期运动及混沌运动。研究结果为旋转弹的控制参数设计及结构参数设计提供理论参考。     

基于陀螺力学的旋转导弹锥形运动分析

针对旋转导弹飞行中弹体的锥形运动,利用陀螺动力学中的双自由度陀螺线性扰动方程建立数学模型,分别分析了纵向静稳定力矩和侧向力矩对旋转导弹锥形运动的作用机理;利用布尔加可夫相空间方程组,分析线性气动阻尼对旋转导弹的锥形运动的影响。结果表明, 旋转导弹锥形运动的幅度随弹体气动静稳定性而增加,故气动参数m αz的选择应以导弹质心最靠后时仍能保持弹体纵向中立静稳定为标准, 而且线性气动阻尼对旋转导弹的锥形运动的稳定是不利的,并最后导致旋转导弹锥形运动的发散。     

旋转弹制导技术的研究

旋转弹为近程、低空、快速反应的单舰防空导弹,主要拦截、攻击掠海飞行的反舰导弹和高速飞机,旋转弹主要采用红外被动寻的制导,具有操作简单、反射后不管的特点,飞行过程中采用单通道控制模式,用一对舵面和一个舵机来控制导弹飞行。点源红外寻的导引头探测的不是目标实体,而是目标红外辐射的中心,为了使导弹能够精确的击中目标的要害,本文根据旋转弹点源红外寻的导引头的特性,研究了前置偏移比例导引律,并结合某便携导弹进行了仿真,结果表明前置偏移比例导引律能够很好地导引导弹飞向目标,具有较好的精度。     

旋转固体火箭变质量运动特性分析

借助于变质量陀螺方程,分析在主动段发动机尾喷口直径的变化对旋转固体火箭自旋速度的影响,得出对于双推力发动机在助推段向巡航段过渡时,由于发动机质量流量的改变,会使静稳定旋转固体火箭自旋速度以及弹体升力系数发生改变,导致弹道波动,进而得出为使旋转固体火箭自旋速度和弹道稳定,发动机尾喷口直径应与燃烧室内径相等的结论.利用Bendixson-Dulac定理,从微分方程理论给出了主动段飞行的旋转固体火箭,要么不发生锥形运动,要么仅发生一种稳定的锥形运动的理论证明,并得出气动阻尼不利于弹体姿态的结论.最后推导出旋转固体火箭变质量特性对弹体的章动阻尼作用的解析公式.     

旋转控制固定鸭舵的导航初始化与控制算法研究

针对制导迫击炮弹的固定翼鸭舵导航初始化,设计了基于GPS信息的衰减记忆法扩展卡尔曼滤波算法,用于实时求解固定翼鸭舵的气动力合成矢量,然后结合固定翼鸭舵的气动数学模型,设计了固定翼鸭舵的导航初始化算法.并在直流电子负载系统的基础上设计了鸭舵的旋转控制算法,通过仿真试验验证了依靠GPS提供的位置速度信息和鸭舵滚转角速度信息可以快速实现固定翼鸭舵的导航初始化,为旋转控制固定翼鸭舵的工程应用,提供了理论参考.     

自旋导弹飞行共振稳定性研究

弹体滚转时,结构不对称等因素会对导弹的角运动产生周期性的强迫干扰。针对自旋导弹飞行过程中的周期性干扰和非线性气动特性,建立了非线性弹体角运动模型。在此基础上,采用多尺度法对自旋导弹的受迫角运动方程进行了求解,得到了近似解析解并研究了其稳定性。研究表明,当弹体转动速率接近固有频率时,气动非线性项及干扰项都将影响弹体角运动的稳定性;分析结果显示,合理地设计气动外形可避免共振不稳定的发生,这对自旋类导弹的工程研制具有一定的指导性意义。     

随动推力作用下柔性旋转飞行器稳定性分析

针对柔性旋转飞行器动力学问题,考虑了飞行器转速的作用,建立了计入陀螺力矩及随动推力影响的运动方程并分析了系统的动力稳定性问题。将柔性旋转飞行器简化为带有附加质量的非均匀转子结构,考虑陀螺力矩及随动推力的影响,采用剪切变形对轴向位移有影响的Timoshenko梁模型,基于有限元方法建立了运动方程,分析转速、剪切刚度及附加质量等因素对系统稳定性的影响,发现了转速作用下旋转飞行器刚体和弹性体模态耦合的新现象。结果表明：剪切刚度较小时,剪切变形对临界推力有较大影响;附加质量的大小及位置对临界推力和不稳定域有重要的影响;转速一般会诱发非均匀转子系统的弯曲模态与刚体模态合并为一个耦合模态,致使系统产生动态失稳。     

失重条件下对称充液陀螺的不稳定行为研究

对于质心固定的，充满粘性均匀液体的旋转对称陀螺在失重条件下绕对称长轴旋转态的小扰动不稳定及其极限行为进行了研究，所给出的定理3比以往的不稳定定理[4]为强，且反映的信息量多很多。关于初始大扰动后的渐近行为，对文[8]已给出但未严格证明的两条定理给出了严格证明，它由定理1和定理2所描述。     

旋转飞行器固体火箭发动机引起的章动不稳定性分析

文中采用变质量系统的方法,分析了旋转固体火箭发动机工作过程中的章动不稳定性问题。将发动机内部装药简化为变质量系统的药柱,通过对系统姿态运动方程的分析,得到质量变化对飞行器旋转姿态运动的影响,并对几种典型装药进行了计算分析。结果表明,在端面燃烧情况下,固体装药质量的消失对旋转运动的影响是有利的,使得飞行器侧向角速度逐渐趋于稳定;而对于管形装药,结果却刚好相反,质量的消失使旋转的侧向角速度以指数方式递增,从而导致了飞行器的不稳定。通过对结果的分析,提出了发动机如何控制旋转章动和稳定性的设计思想,分析方法也可以帮助解决复杂装药旋转固体火箭发动机飞行器的章动不稳定性问题。     

空间站大型伸展机构的运动稳定性分析

从空间站大型伸展机构的运动特点和系统动力学方程出发，着重分析了该系统的稳定性判据。这一问题又可分为五个方面：姿态-伸展-振动耦合系统的分析方法，复杂大系统的分解集结方法，时滞系统和滞后系统的稳定性问题，Stick-Ship运动对系统对系统稳定性的影响，非线性非定常系数稳定性的一般解。其中还对接触、摩擦、碰撞问题，变拓扑系统，非光滑动力学系统等进行了专门的研究，分析了Lyapunov指数方法在这些特殊系统中的适应性。本文对空间站大型伸展机构的稳定性问题进行了较全面的分析，指出了目前在处理这类复杂大系统时存在的一些难点问题，为其设计和研制工作提出了理论基础。     

提高卷弧翼火箭弹圆锥运动渐近稳定性的几个方法

定量分析了火箭弹外弹道参数、标志量和几何参数对平衡转速及临界转速的影响趋势,指出在降低火箭弹飞行速度、将火箭弹质心位置前移、保持尾翼等效面积不变的情况下,减小尾翼展长、增大其弦长及减小尾翼安装角等均有利于提高其圆锥运动的渐近稳定性。探讨了圆锥运动稳定性判别与弹道仿真一体化的分析方法,指出只需判断速度最大点的圆锥运动稳定性态即可评估整个飞行过程中的圆锥运动稳定性态;最后,说明了该分析方法的不足,并讨论了进一步研究的方向。     

卷弧翼火箭弹圆锥运动收敛速度计算方法

为研究卷弧翼火箭弹圆锥运动稳定情况下的收敛速度,以章动角坐标系下描述其运动性态的微分方程组为基础,运用小偏差线性化方法和劳斯判据得到了卷弧翼火箭弹圆锥运动的渐近稳定性判别条件.在满足该条件的情况下,推导了圆锥运动收敛速度的通用计算公式,并指出圆锥运动的过渡过程是指数收敛过程和振荡收敛过程的叠加.算例表明,该计算公式所得结果与原非线性方程组所得结果吻合较好.最后,指出只适用于小锥角情况是该方法的局限性,并给出了进一步的研究方向.     

失效卫星电磁消旋涉及的地磁扰动计算及磁场源优化设计方法

以失效卫星为代表的空间碎片受各种扰动因素影响,其旋转速度可达几到几十(°)/s。这种旋转运动给碎片清除带来困难,因此对旋转空间碎片进行消旋势在必行。电磁消旋因其非接触、无碰撞特性得到广泛关注,但在实际应用中须首先判别地磁场与磁场源相互作用产生的扰动力和力矩。文章在简要介绍基于旋转磁场的电磁消旋方法的基础上,建立电磁消旋过程中的电磁扰动力和力矩的分析模型,仿真分析计算地磁扰动力及力矩的分布,并给出减小地磁扰动的源磁场结构设计原则。通过设计组合式磁场源,优化磁场源各个磁体的磁化方向排布,可减小磁场源总磁矩以及地磁扰动。     

挠性双自旋卫星的姿态稳定判据

本文建立了挠性双自旋卫星的姿态稳定性判据。挠性双自旋卫星由半刚性平台、转子以及固连于平台的挠性附件组成,选择由姿态角和模态坐标表示的系统的相对能量函数为Liapunov函数,由此建立的姿态稳定判据由两个部分组成,即忽略附件弹性运动时,半刚性双自旋卫星的姿态稳定条件和附件振动频率所应满足的条件。文中还给出了具体的应用例子。     

改善返回舱气动稳定特性数值计算研究

和第一宇宙速度载人再入飞行相比,以第二宇宙速度载人再入飞行对返回器的升阻比要求较高。文章给出了一种升阻比能够满足第二宇宙速度再入需求的返回器基本外形,分析了基本外形的气动性能以及质心位置对气动稳定特性的影响,结果表明基本外形在高超声速和亚声速下均存在第二静稳定配平点的问题。为了改善基本外形的气动稳定特性,文章提出了多种改进外形设计,包括增加稳定耳片、改变尾部外形设计等。通过数值模拟对这些改进外形的气动稳定性进行了分析,结果表明这些改进设计对于改善返回器的单点稳定特性是有效的。通过对流场特性的详细分析,对改进气动设计改善返回器稳定特性的机理进行了揭示和阐释。     

Aerothermodynamic and stability analyses of a deployable re-entry capsule

Recent research projects, in the field of atmospheric re-entry technology, are focused on the design of deployable, umbrella-like Thermal Protection Systems (TPSs). These TPSs are made of flexible high temperature resistant fabrics, folded at launch and deployed in space for de-orbit and re-entry operations. In the present paper two possible sphere–cone configurations for the TPS have been investigated from an aerodynamic point of view. The analyzed configurations are characterized by the same reentry mass and maximum diameter, but have different half-cone angles (45° and 60°). The analyses involve both the evaluation of thermal and aerodynamic loads and the assessment of the capsule longitudinal stability. The aerothermodynamic analysis has been performed for the completely deployed heat shield in transitional and continuum regimes, while the longitudinal stability has been analyzed in free molecular, transitional and continuum regimes, also taking into consideration the heat shield deployment sequence at high altitudes.     

类Clipper再入返回飞行器气动特性分析

针对类Clipper再入返回飞行器的气动特性,采用近似反设计的方法,在飞行器外包络等约束条件下,通过形状控制函数,计算出类Clipper飞船的气动外形。基于计算流体动力学(CFD)数值模拟方法,研究分析类Clipper再入返回飞行器在不同高度、不同马赫数和不同攻角下的全空域/速域气动特性变化规律,并结合不同飞行状态下的压心位置探讨飞行器的稳定性。结果表明:类Clipper再入返回飞行器在不同飞行状态下能够具有良好的气动特性,最大升阻比可达1.1以上,属于中等升阻比再入,总体呈现出良好的静稳定性,可在未来作为具有可重复使用再入返回飞行器的方案之一。     

AP的聚集对CTPB推进剂端燃药柱边界效应的影响

为考察AP的聚集对端燃药柱燃烧边界效应的影响,以CTPB推进剂端燃药柱为研究对象,从药柱剖切面的中心到边界进行等距取样,分别采用GJB 770B—2005和SEM-EDS测试了不同部位试样的燃速和Cl元素含量(代表AP含量)。结果表明,在药柱剖切面上,燃速由中心向边界逐渐增加,呈现出典型的燃速边界效应;同样,AP含量也由中心向边界逐渐增加,表明燃速边界效应是由AP含量分布不均造成的。浇注方式对端燃药柱燃速边界效应具有明显影响,采用全燃面浇注方式可以消除药浆浇注过程中侧向流动导致的AP含量分布不均的现象,从而弱化燃速边界效应,有助于提高端燃药柱的燃烧稳定性。