蔡晋生 流体力学、飞行器气动布局设计专家

请您简要介绍一下计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)以及飞行器气动布局设计技术在航空航天领域的应用情况.     

部分三代战机“迎角悬挂”现象的机理分析与仿真计算

参考有关风洞试验结果,探讨了部分三代战机"迎角悬挂"现象的机理,对比分析了不同机型"迎角悬挂"的特点。并以某型三代战机为例,根据其纵向气动和操稳特性曲线及飞控系统特性,利用时域动态响应的方法,仿真计算了该型机大迎角下"迎角悬挂"的有关现象,计算结果与其技术资料的叙述相符。分析与计算表明,大迎角下"迎角悬挂"现象,是由该类型三代战机气动布局决定的一个共性问题;同时,"迎角悬挂"现象的特点又与具体机型的气动布局特点以及重心位置等因素有关。     

印度成功试射具有核能力的烈火-IV导弹

9月19日，印度在奥里萨邦沿海成功试射了一枚射程为4000千米的具有核能力的烈火-IV导弹。试验中，这枚远程导弹是由惠勒岛综合试验靶场4号设施的一个公路机动型发射器发射，导弹在大约20分钟内到达了预定目标。     

针对机动目标带攻击角约束的三维制导律

针对机动目标设计了带攻击角约束的三维制导规律。建立了球坐标系下的三维弹-目标相对运动模型,描述了视线高低角和视线方位角之间的耦合关系。针对导弹与目标作非共面运动的情况,基于滑模控制理论,给出了带攻击角约束的三维制导律。为了克服抖动,对所给出的三维制导律进行了修正。针对目标的机动加速度是时变的情况,给出了基于先验知识的制导参数自适应调整规则。仿真结果表明,该三维制导律能垂直命中机动目标,并对目标机动加速度的变化具有较强的鲁棒性和适应能力。     

机动弹头中段突防姿态的搜索算法研究

针对弹道导弹在大气层外的机动突防问题,建立了攻防对抗双方的六自由度动力学和运动学模型;研究拦截弹的导引律,对比例导引加以改进,用卡尔曼滤波估计视线角和方位角的变化率估算敌方的飞行信息;研究了机动弹头的智能规避策略,主要对如何确定机动方向展开研究,基于使EKV过载最大化的原则,提出了一种姿态搜索算法.经仿真验证,该算法提高了规避策略的自适应性和鲁棒性,对于增大脱靶量、提高导弹突防概率效果显著.     

轨道机动作战中的待机轨道研究

从空间作战的作战样式出发,研究了轨道机动作战中的待机轨道,主要对轨道机动作战中的天基作战平台的机动能量———时间消耗进行了计算分析,并对处于不同待机轨道上的天基作战平台的机动作战能力及其他系统对其的保障能力进行了分析研究,同时考虑了其它的各种限制因素,对于轨道机动作战中的天基作战平台的待机轨道研究有一定借鉴意义。     

滚控式变质心飞行器动力学特性分析与控制

为明确滚控式变质心飞行器的控制机理,为其工程实践提供相应的理论参考,建立包含滑块运动的滚控式变质心飞行器七自由度完整动力学模型,并分析讨论其运动特性以及动力学系统的特点。其次结合频域分析法对滑块运动与载体姿态运动之间的耦合影响以及动态响应过程进行分析研究,揭示了滚控式飞行器的控制机理。同时针对其通道间的耦合效应以及执行机构参数设置对控制能力的影响分析提出了对飞行器结构设计和控制系统设计的相关要求,为滚控式变质心飞行器的工程实践提供一些理论参考。     

机动飞行数值模拟关键技术及初步验证

建立飞机机动飞行仿真及飞行性能评估能力是未来航空CFD发展的重要目标之一,为此,对机动飞行数值模拟的方法、原理、关键技术及潜在的应用方向进行了探讨。采用惯性系下任意拉格朗日-欧拉(ALE)形式描述的Navier-Stokes方程与机体运动学方程相耦合的方法,结合动网格技术建立了通用的机动飞行数值模拟应用框架。从微分方程形式的运动学方程出发,建立了与流动控制方程进行紧耦合和松耦合计算的两套计算方案,并提出了利用预报-校正技术提高耦合计算精度的方法。计算结果表明,所提方案合理、可行,为单自由度/多自由度机动飞行模拟、动导数分析等计算提供了可靠的新工具。     

低轨低倾角卫星总体适应性方案研究

针对低轨低倾角卫星的复杂光照特性开展了深入分析,并论述了其对卫星总体设计的具体影响.基于轨道面光照角大动态周期变化规律,系统地提出了四种典型的卫星总体适应性方案并比对分析了各方案特点,最后结合载荷、任务等约束条件给出了方案选择建议.可作为低轨低倾角卫星的总体设计参考.     

一种考虑最优收敛时间的多无人机编队控制方法

针对多无人机编队过程中的收敛时间问题,提出了一种基于最优控制和粒子群优化算法的一致性编队控制方法。将无人机机动约束和一致性编队控制算法结合,实现了无人机在约束条件下的编队控制。基于人工势场思想,设计了一种具有机间避碰能力的一致性编队控制方法,解决了无人机之间的碰撞问题。通过最优一致性控制和粒子群优化算法优化一致性编队控制方法,在考虑机间避碰的情况下,使整个编队的收敛时间降低1.2 s,整体收敛性能提升6.28%。仿真结果表明该方法能够缩短多无人机的编队收敛时间。