基于多项式近似的空间碎片群体轨道预报算法

快速准确地分析空间碎片群轨道演化行为对于其他在轨航天器碰撞规避至关重要。在各摄动力的作用下,空间碎片群演化运动呈现出复杂的非线性特征。空间碎片群体个体数量巨大,如果通过对空间碎片群中每个空间碎片进行轨道积分来分析群体预报的方法会导致计算量过大。针对该问题,提出一种基于多项式近似的轨道快速预报分析方法。该方法将空间碎片群分为少量的标称碎片和其他大量关联碎片。针对标称碎片的轨道预报采用数值积分求解保证预报精度;而针对其他大量的关联碎片轨道预报问题,采用多项式泰勒展开半解析方法求解,从而在保证预报精度的前提下有效减少空间碎片群轨道预报的计算量。为了验证方法的有效性,对不同空间碎片群进行了轨道预报仿真。仿真结果表明,当轨道预报精度设定在1m范围内时,多项式近似算法的计算量较蒙特卡洛方法计算效率提高了2.2~17.2倍,验证了所提出方法的有效性。     

对数螺旋线非开普勒轨道的可行性分析

提出了基于形状的非开普勒轨道设计方法,并分析了对数螺旋线轨道的应用可行性。 首先在假定轨道形状的前提下,通过变量代换推导出了在极坐标系下一般曲线用于轨道设计 的基本方程;然后分析了对数螺旋线表达式中的关键参数与航迹角的关系,得到了相应轨道 的基本性质;最后对待定参数的对数螺旋线轨道应用的可行性进行了推导和分析,结果显示 采用对数螺旋线设计非开普勒轨道是可行的,但仅适用于从椭圆初始轨道实现转移的情况。

     

基于对数螺旋线的非开普勒轨道设计

基于形状的方法为非开普勒轨道设计提供了一种全新的研究思路。在假定轨道形状为对数螺旋线的前提下设计了拦截轨道。首先通过无量纲化处理方法推导出了对数螺旋线轨道的地心距、极角随时间的变化率与轨道设计参数q的关系式;其次结合运动方程,得到了飞行器沿对数螺旋线轨道运行时需要施加的推力加速度;接着分别针对初始轨道是圆和椭圆的情况进行机动轨道设计。给出了轨道设计的仿真算例和相关分析,结果表明对数螺旋线适宜于拦截轨道设计;当初始轨道为大偏心率椭圆时,采用此方法设计轨道,在一定相角范围内开始机动,可使飞行器运行时间短,且燃料消耗少。     

高超声速可变形双翼气动特性

为研究高超声速可变形双翼在不同迎角和不同马赫数条件下的气动特性,并针对在给定的迎角和马赫数条件下可变形双翼的舵面偏转角选取困难的问题,通过结合二分法、遗传算法和高斯牛顿算法对处于不同迎角和不同马赫数条件下的可变形双翼的舵面偏转角进行了选取确定,分析了可变形双翼的气动特性和舵面偏转角对其气动特性产生影响的机理。研究表明:当来流马赫数为5,迎角从1°~8°变化时,可变形双翼的升阻比明显大于Busemann双翼的升阻比,最大可达4.2倍;当迎角为3°,来流马赫数从0.5~5变化时,可变形双翼的升阻比最大可达Busemann双翼升阻比的3.4倍。结果表明可变形双翼在大迎角和大速度范围内均能保持高升阻比,在高超声速飞行中将具有更好的应用价值和前景。     

一种考虑追踪器速度变化的最优导引律

从考虑追踪器速度的大小和方向变化以及目标速度变化方面入手 ,以最优控制理论和飞行力学原理为基础 ,推导出一种考虑追踪器速度变化的最优导引律—变系数比例导引律 ,同时给出一种计算剩余时间的新方法—剩余时间函数法。对要求垂直入射的情况 ,设计了满足入射角度要求的导引律。仿真结果表明 ,应用本文的导引律在制导过程中能量消耗少 ,制导精度高 ,脱靶量小 ,其性能远优于常系数比例导引律     

基于螺旋理论的航天器姿轨耦合分析

针对航天器运动姿轨耦合性问题,对基于螺旋理论得到的航天器运动模型,定性地分析了姿轨耦合特性。采用参数分析法,从模型所包含的耦合项出发,逐次改变各个参数,进而推导出对应的耦合表达式。为了检验耦合性对控制效果的影响,设计了PD 控制律并进行数值仿真。理论分析和仿真结果进一步证明,基于螺旋理论的航天器姿轨模型,其姿态和轨道运动之间是相互影响的,从控制角度而言,姿态运动对轨道运动影响相对更为严重,容易出现了大的振荡,而轨道运动对姿态运动的影响基本可以忽略,为工程实践提供参考。     

无人机编队飞行问题初探

回顾了国内外无人机的发展历史和近年来的发展趋势，简要介绍了无人机在军事、国民经济和科学技术方面的作用。分析了单架无人机执行任务时面临的问题和编队飞行的优势，介绍了国内外在无人机编队飞行方面的研究状况，同时对保证无人机编队飞行的关键技术进行了探讨和分析。     

航天器相对运动姿轨耦合动力学建模方法

以空间近距离操作为背景,着重介绍了近年来相对运动姿轨耦合动力学建模方法的研究现状与成果。分别从相对运动动力学的传统建模方法、基于向量代数的姿轨耦合建模方法和基于螺旋理论的姿轨耦合建模方法进行阐述,讨论了各种方法的特点与适用性。研究显示:传统方法将轨道和姿态分开处理,简化了建模过程,但不利于姿轨耦合分析和协同控制设计,应用存在很大的限制性;基于向量代数的建模方法可以得到姿轨耦合模型,但姿轨模型形式不同,增加了协同控制设计的难度,且多种代数系统的使用也增加了问题处理的复杂性;基于螺旋理论的建模方法得到的姿轨动力学模型具有统一形式,耦合项表达式明确,模型参数具有非奇异性,有利于耦合机理分析,便于姿轨协同控制设计,在需要姿轨协同精确控制的近距离复杂操作中具有良好的应用潜力。     

直接力控制在垂直攻击型武器上的应用

介绍垂直攻击型武器在末制导段的特点及其对控制系统的特殊要求 ,为此提出三种控制方案 ,并从原理上分析它们各自的优缺点 ,得出直接侧力控制是满足其在末制导段控制要求的最佳方案。同时 ,设计出对应于这三种控制方案的控制律 ,并进行末制导段的仿真验证 ,结果证实了理论分析的结论 ,即直接侧力控制是最佳方案 ,为型号设计提供了具有实际参考价值的结论。     

一种远程快速拦截轨道设计方法

以数学方法对过空间两固定点的拦截轨道进行了分析,给出了快速拦截轨道和能量最省拦截轨道的条件。并以大高度差异面圆轨道之间的远程拦截为例,设计了快速拦截轨道。最后通过仿真得到了对应的拦截域和最短拦截时间,为远程快速拦截轨道设计提供了理论分析依据。