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.     

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.     

基于变差的遥测天线跟踪稳定度研究*

对遥测系统伺服跟踪数据进行处理,分析对比几种跟踪方式,指出几种跟踪方式中可能存在的问题,并提出相应的改进措施。同时,通过曲线变差、方差的属性分析,研究自主跟踪时天线俯仰、方位的稳定度与跳变程度,并与理论弹道、数字引导方式的曲线稳定度进行分析和对比,得出变差越大稳定度越差,方差越大异常跳变越明显的结论。     

单向阀三维动态流场稳定性仿真研究

对单向阀自激振动机理进行研究,采用线性分析方法提出了单向阀的临界稳定曲线。应用泵阀仿真软件PumpLinx的动网格技术,开展了单向阀三维动态流场仿真分析,数值研究了不同工作压力、不同质量流量条件下的单向阀动态稳定特性。结果表明:在某一工作压力条件下,小流量时单向阀工作不稳定,会形成周期性的阀门颤振,随着质量流量增大,单向阀动态稳定性增强;当质量流量足够大时,单向阀工作稳定,单向阀保持稳定开度工作;质量流量一定时,工作压力降低,单向阀动态稳定性增强。单向阀三维动态流场仿真结果与线性稳定性结论相一致,从三维动态流场角度验证了单向阀自激振动机理及线性稳定性分析方法的有效性。     

甲烷喷射温度对燃烧稳定性影响规律研究

对液氧/甲烷火箭发动机燃烧稳定性进行了数值仿真研究,比较分析了甲烷喷射温度对其燃烧稳定性的影响规律.结果表明：在222 K,224 K,226 K,228 K,230 K和234 K时,发动机燃烧稳定性较好.     

基于空间光反馈的复合轴跟踪稳定特性研究

复合轴系统通过粗瞄结构和精瞄机构配合,解决了空间光通信大角度和高精度跟踪之间的矛盾,是实现高速率空间光通信的重要手段。但是粗瞄和精瞄配合工作也给复合轴系统带来了复杂的解耦问题,使整个系统的鲁棒性降低,在跟踪速率变化较快的目标时,容易出现振荡,甚至使系统处于不稳定状态。以复合轴系统为研究基础,通过伯德图对系统的跟踪带宽、精度和稳定性进行分析,得到解耦过程是影响复合轴系统稳定性的主要原因。提出了基于跟踪微分器的线性自抗扰复合轴控制解耦方案,在保证系统精度的情况下,抑制系统在解耦过程中可能出现的振荡发散现象。在卫星轨道模拟平台上进行复合轴跟踪实验,实验结果证明,在最大角加速度0.32°/s2的轨道运动和最大角加速度2.26°/s2的微振动情况下,改进复合轴控制有效地提高了系统跟踪的稳定性,最终跟踪精度优于1 μrad(3σ)。     

基于频率源稳定度的钟差序列生成方法研究

基于频率源噪声特性和幂率谱密度之间的关系,构建了一种通过频率源目标稳定度反向生成虚拟钟差序列模型,利用虚拟钟差序列模型可以快速、高效地生成目标频率源的长期钟差数据。针对不同类型频率源的组合噪声特征,采用传统的噪声模型生成5种频率源噪声,然后利用仿真分析验证虚拟钟差序列生成模型的正确性。通过比对仿真结果可知,基于铷钟、氢钟和铯钟的虚拟钟差序列的稳定度与实测钟差序列的稳定度基本相符,重建虚拟钟差序列能够准确地反映其频率噪声特性,因此,文中采用频率源目标稳定度生成其钟差序列的方法可行、有效。