三维高超声速飞行器再入轨迹快速优化

高超声速再入轨迹优化问题是一类复杂的最优控制问题。采用高斯伪谱法(GPM)将再入轨迹优化问题转化为非线性规划问题(NLP),对NLP进行归一化处理后,采用SNOPT软件包求解。根据协态变量映射规则计算出协态变量,得出哈密尔顿函数沿最优控制的变化过程。算例中,GPM耗时约7 s即可生成一条严格满足各种约束的三维最优再入轨迹,耗时远少于相关文献,并且优化精度高,满足一阶最优性必要条件。     

面向弹射/拦阻过程的机载系统抗冲击试验方法

相对于陆基飞机,舰载机苛刻的使用环境对起落架、拦阻钩等系统及其机载设备的强度设计提出了更为苛刻的要求.需要有更完善的试验验证手段,对机载系统在弹射、着舰与拦阻冲击载荷作用下的动强度设计进行评估,对系统的可靠性进行考核.依据现有规范和实测数据,从舰载机弹射/拦阻冲击环境和试验系统构建入手,研究了试验条件由来、试验方案实施...     

飞机外挂物投放轨迹捕获的数值模拟研究

本文结合飞机外挂物投放时的运动规律,通过利用复杂外形网格生成技术、六自由度动网格技术和对三维N—S方程的求解实现对外挂物投放时的运动轨迹的数值模拟,分析了不同时间步长对外挂物运动轨迹的影响。     

有动力通用再入飞行器的轨迹设计与优化

研究了有动力通用再入飞行器的燃料最优巡航轨迹,将问题转化为求解最优稳态巡航轨迹和最优周期巡航轨迹问题。基于稳态动力学方程求解了全局最优稳态巡航轨迹,采用直接打靶法求解了最优周期巡航轨迹,求解过程均考虑了质量变化。结果表明,与全局最优稳态巡航轨迹相比,在一个周期内,最优周期巡航轨迹在燃料消耗和吸热量两个方面都更具优势,采用超燃冲压发动机和火箭发动机分别可以节省4.75%和3.96%的燃料,吸热量分别减小10.4%和5.9%。     

多乘员弹射指令系统延迟时间仿真计算

 指令系统延迟时间的计算尚无明确有效的方法,大多依靠实验和经验来确定。为给某型飞机指令系统设计提供依据,减少实验次数和费用,提出风险系数法,通过比较风险系数大小来计算指令系统延迟时间。计算表明,“0 0”弹射是计算延迟时间的决定性条件,其他条件则不起决定性的影响,而且,单纯依靠延迟时间不能达到有效的发散效果,还必须配备轨迹发散系统。通过与发散火箭的优化组合,该型飞机指令系统延迟时间为125 s和135 s,发散火箭总冲110 N·s,作用时间50 ms。此外,并列乘员火箭包燃烧尾焰灼伤风险很小,与实验结果相符。通过与相关数据的对比,该方法能够为多乘员弹射指令系统的设计提供有效的参考依据。     

飞行器栖落机动轨迹可达域分析

飞行器的栖落机动被认为是解决舰载固定翼飞机超短距精确着舰的一种可行方式,已有研究主要集中于栖落过程大迎角气动力建模、标称栖落轨迹优化与轨迹跟踪控制,而鲜有对栖落着舰任务的总体分析。基于飞行器纵向栖落机动动力学模型,引入栖落轨迹可达域的概念,并给出可达域的数学描述;在此基础上,对可达域求解采用计算速度和精度兼具的高斯伪谱法,将可达域问题拆分为三个轨迹优化问题依次求解,首先求解栖落轨迹终端高度上边界,然后求解终端高度一定时的最近轨迹,最后求解终端高度一定时的最远轨迹,并给出相应的轨迹优化数学模型。结果表明：运用该模型及求解方法能快速得到计算结果,无动力飞行器的纵向栖落轨迹可达域为上窄下宽的不对称区域,且左右边界曲线线性度较好。     

带静态参数的高超声速飞行器轨迹优化算法

提出了一种求解带静态参数最优控制问题的间接算法,解决了带静态参数的高超声速飞行器轨迹优化问题.将最优控制中的静态参数分为3类:终端时间、边界点状态变量和设计变量.通过转换公式,可以将终端时间变为优化过程中的一个设计变量,终端时间可变问题转换为终端时间固定问题.边界点状态变量自由,可以根据极大值原理推导获得相应的协态边界条件.设计变量可以看作是导数为零的状态变量,从而获得新的状态方程和协态方程,以及初始和终端对应设计变量的协态值.经过变化,带静态参数的最优控制问题构成一个标准两点边值问题.最后以乘波体为研究对象,将气动外形参数作为优化静态参数,完成了外形/轨迹一体化优化设计,获得了满足全局最大航程要求的最优气动外形.      

基于约束预测控制的火星大气进入轨迹跟踪

针对火星着陆任务大气进入段的轨迹跟踪控制问题,给出了一种基于约束预测控制的跟踪策略。综合考虑大气进入段动力学模型的非线性、状态初值的不确定性、控制量限幅约束以及参数摄动,设计了基于线性化阶跃响应预测模型、反馈校正和含约束滚动优化的约束预测控制器,并通过数学仿真对该方法进行了数值验证,结果表明:约束预测控制较PID对参考指令跟踪精度更高,开伞点误差圆半径远小于PID方法;能得到控制量限幅约束条件下平稳的控制曲线。     

弹体梁模型截面弯矩响应缩比相似关系分析

通过分析不同缩比模型在工程中的应用条件,利用相似理论和工程梁模型,对导弹发射过程的动态响应与截面载荷做了相似条件研究和模态参数对载荷相似性的影响分析,指出对于动态位移和截面弯矩需要不同振型阶次的相似要求,工程经验和实际算例表明载荷相似需要二到三阶的模态参数相似,提出了可用于发射过程移动载荷分析的缩比模型弱相似条件及质量分布修正方法。     

无反作用力矩空间机器人轨迹跟踪控制

针对目前关节驱动方式的不足,提出一种采用无反作用力矩驱动方式的空间机器人设计概念。系统平台与各节机械臂上均安装一组金字塔构型的控制力矩陀螺（CMGs）作为力矩执行机构,各臂间由自由球铰连接。采用Rodriguez参数描述平台姿态和机械臂角位移,利用Kane方程建立系统动力学模型。在此基础上,设计了渐近稳定的轨迹跟踪控制律,使得平台姿态和机械臂角位移跟踪期望运动轨迹;并设计了CMGs操纵律,使之准确输出期望控制力矩。此外,研究了机械臂工作空间到关节空间的轨迹规划算法,使得所设计的控制律也可应用于工作空间的轨迹跟踪控制。由三关节系统的仿真结果,验证了无反作用力矩设计概念的可行性和轨迹规划算法的有效性。