垂直起降运载火箭总体方案研究

垂直起降运载火箭研制是航天与航空技术的一次融合,相对于传统一次性火箭而言,其研制是对运载火箭总体设计理念的革新。本文从运载火箭总体设计的角度出发,结合工程研制实际,通过垂直起降火箭一二级分离、推进剂管理、气动设计、弹道优化设计等方面的风险评估及约束条件分析,结合具体方案设计,对垂直起降火箭与传统火箭总体设计的差异及难点进行了分析,给出了建议,同时阐述了对垂直起降运载火箭总体设计的思考。常规运载火箭成熟的设计理论和技术,需要增加新的约束和进行改进后才可适用于垂直起降火箭方案设计。     

基于电位法原理的金属结构裂纹监测传感器研究

针对飞机金属结构裂纹实时监控的需求,提出了一种基于电位法原理的裂纹监测传感嚣的研究方案,并通过试验对方案的可行性进行了验证.试验表明,该传感器的设计方案是可行的;同时建立该传感器的有限元模型对其输出特性进行了仿真分析,得到了备监测点之间电位差随裂纹扩展的变化特征以及裂纹长度与电位差之间的关系,为该传感嚣的进一步研究及应用提供了参考.     

格子玻尔兹曼和气体动理学通量算法及其应用进展

采用守恒律方程求解流体流动问题时,单元界面通量的计算尤为关键,该过程也被称为通量重构。由于离散控制方程的物理量定义在解点上,如何利用解点上的值来计算单元界面的通量,是计算流体力学最为关心的问题之一。针对该问题的研究已发展了各式各样的计算格式,例如完全基于数学重构的差分近似、基于部分物理重构的黎曼通量求解器以及近年发展起来的基于完全物理重构的气体动理学格式、格子Boltzmann通量算法和气体动理学通量算法。本文首先对几种典型的通量重构算法进展进行回顾和分析;然后着重介绍格子玻尔兹曼通量算法和气体动理学通量算法的研究进展及其相关应用;最后就该类算法存在的挑战和可能的研究方向进行展望。     

基于Agent与元胞自动机的无人机集群混合式控制

高效有序的集群控制方式是集群顺利完成作战任务的前提。针对无人机集群控制问题,结合集中式与分布式2种控制方式,提出基于Agent与元胞自动机的集群混合式控制。从无人机集群作战流程出发构建了无人机集群控制体系框架、通信拓扑结构及集群控制规则,将集群个体由上至下分为中心长机、小组长机、个体无人机3个层次,高层级对低层级采用自上而下的集中式控制,同层级采用自下而上的分布式控制。在此基础上,利用Agent模型的层次性与元胞自动机模型的同质性,设计了基于Agent与元胞自动机的集群混合式控制模型,实现2种控制方式有效结合,元胞自动机模型实现集群基本的聚合、分离、速度一致规则,Agent模型实现不同层级个体间的协同交互规则。在编队集结与保持任务背景下,对分布式、集中式与混合式3种控制进行对比仿真,结果表明:基于混合式控制的集群在编队可控性、跟随性、一致性以及降低通信负载等方面具有明显优势,验证了混合式集群控制方法的有效性。      

复杂背景下红外点目标探测概率估算

红外成像系统对点目标的探测概率在实际应用中往往受到复杂背景的极大影响,而现有的计算方法并不能适用于复杂背景下的探测概率估算.首先从红外成像系统对点目标的作用距离模型出发,分析了探测概率与信噪比、作用距离的关系,推导出单一背景下红外点目标的探测概率估算方法;然后,利用红外成像系统的亮度-灰度函数,通过背景的红外图像灰度信息计算得到其红外辐射亮度;最后,引入概率统计的思想对单一背景下探测概率的估算方法进行了改进,提出了复杂背景下红外点目标探测概率的估算方法.实验结果表明:该估算方法可以有效评估实际应用中典型复杂背景对红外成像系统的点目标探测概率的影响.      

跳频对DS／FH接收机载波跟踪精度影响分析

面对日益复杂的电磁环境,将DS/FH混合扩频技术引入航天测控领域是一种尝试.针对DS/FH信号的特点,推导了航天测控背景下的DS/FH混合扩频系统接收机关键节点的数学模型,分析了航天测控应用中由于DS/FH混合扩频信号的相邻跳频频率不同导致附加在载波上的多普勒频率跳变和载波初始相位跳变对混合扩频接收机捕获跟踪的影响,重点分析了载波多普勒频率跳变和载波初始相位跳变对接收机载波跟踪精度的影响;提出了一种减小由于跳频载波初始相位不确定造成相关累积能量损失的方法,并利用跳频图案辅助降低了跳频对混合扩频接收机载波跟踪精度影响,仿真验证了该方法的有效性.     

小卫星瞬态热分析模型修正方法

为解决参数分类和构建最小误差目标函数中瞬态温度时域过程的表达问题,分别定义了瞬态温度时均量和波动量对修正参数敏感度和分析值与试验值间瞬态温度均方差。利用蒙特卡洛混合方法对敏感参数进行分层修正的结果表明,修正前后瞬态温度分析值与试验值间误差由8%~16%降低至5%以下,分析值的时均量及波动量均有明显改善,且该结果被修正中未使用的试验数据所验证。这说明了修正中瞬态温度描述方式对改善瞬态热分析精度有效,蒙特卡洛混合法分层修正合理可行。     

不完全加速退化的三参数幂模型线性化方法

针对加速度计零偏和标度因数不完全加速退化数据的非线性预测问题,提出一种加速度计加速退化的三参数幂函数模型线性化方法.该方法假设三参数幂函数退化轨迹模型的幂指数与加速应力无关,考虑到不同应力水平的试验时间相当时,较高应力下的参数退化速率较快,其退化轨迹与较低应力水平的相比,退化量更加接近性能参数的失效阈值,而低应力水平下退化量与失效阈值差距较大,因此最高应力水平下的退化轨迹更能反映加速度计性能参数的长期非线性退化规律.据此进一步提出了加速退化数据三参数幂函数模型幂指数确定的均方相关系数最大化原则,该原则通过高应力水平试验数据确定模型的幂指数,由此实现三参数幂函数模型的线性化,克服由于初值敏感而导致模型预测时稳健性较差的问题.为加速退化轨迹非线性模型的预测提供了一种工程化方法.     

面向空中威胁的无人机动态碰撞区建模与分析

针对现有方法一般是基于时间或距离的定值来确定碰撞区域的问题,提出了一种基于入侵机和无人机(UAV)运动信息的无人机动态碰撞区建模方法.首先,根据无人机与入侵机的运动状态、两机之间的最小安全距离等信息,通过几何方法得出无人机不采取任何规避机动时两机将发生碰撞区域的解析表达式,即无机动碰撞区数学模型;其次,考虑无人机的机动能力约束,计算了无人机采取最大过载转弯机动(左转或右转)时两机恰好避免碰撞发生的边界,即最大机动碰撞区数学模型;在此基础上,提出了不可规避区的概念;进而定义了安全飞行包络,它是无人机能够规避入侵机威胁的分界线;最后通过理论和仿真结合分析了影响各区域的主要因素.仿真与分析结果表明所建碰撞区不仅可以帮助无人机选择规避机动方式,而且能够帮助无人机判定常规避撞机动是否失败,并使无人机及时采取最大过载转弯机动,对无人机安全避撞决策具有实际参考价值.      

基于动态流体扰动原理的三维滚动航路规划

针对复杂环境中存在运动目标、移动威胁与突发威胁等多种情况,将动态流体扰动算法与滚动优化策略相结合,进行无人机(UAV)三维动态航路规划.基于移动目标运动信息与威胁运动信息引入相对初始流场,用扰动矩阵量化表示障碍物或威胁对相对初始流场的扰动影响,计算相对扰动流场,进而得到实际流场流线即无人机规划航路.充分利用实时环境信息,综合考虑未来运动态势,在有限时域内采用动态流体扰动算法规划出可选航路,然后构建目标函数,滚动优化反应系数,实现在线航路规划.仿真结果表明,该算法能较好地适用于复杂动态环境.