基于CFD的最优变后掠规律研究

为了探寻变后掠翼飞行器最佳后掠角的变化规律,基于计算流体力学计算技术,对变后掠翼身组合体进行了气动计算,结合遗传算法对计算结果进行全局寻优,探索最优变后掠规律.首先基于变后掠飞行器设计的要求与方法,建立了“旋转式”变后掠翼身组合体三维模型;其次通过在宽广速域绕流流场的CFD数值模拟,得到了气动数据;最后结合遗传算法对气动数据进行全局寻优,得出了升阻比最佳的后掠角变化规律.仿真结果表明,采用遗传算法对变后掠飞机最佳后掠角进行全局寻优,可以得到合理的最佳后掠角变化规律曲线:在亚声速速域内随着速度的增大,为了降低诱导阻力,提高升阻比,最优后掠角平缓增大;在跨声速速域内,为了延缓激波阻力的形成,最优后掠角急剧上升.     

The future regulation of suborbital flight in Europe

The EU 7th Framework Project FAST20XX [1] aimed to enlarge the foundations of suborbital high-speed transportation in a wide variety of fields. One of the key issues of this project was to outline a desirable regulatory framework that would best serve the interests of all European stakeholders in this new activity.     

Phase plane design based fast altitude tracking control for hypersonic flight vehicle with angle of attack constraint

In this paper, fast setpoint altitude tracking control for Hypersonic Flight Vehicle (HFV) satisfying Angle of Attack (AOA) constraint is studied with a two-loop structure controller, in the presence of parameter uncertainties and disturbances. For the outer loop, phase plane design is adopted for the simplified model under Bang-Bang controller to generate AOA command guaranteeing fast tracking performance. Modifications based on Feedback-Linearization (FL) technique are adopted to transform the phase trajectory into a sliding curve. Moreover, to resist mismatch between design model and actual model, Fast Exponential Reaching Law (FERL) is augmented with the baseline controller to maintain state on the sliding curve. The inner-loop controller is based on backstepping technique to track the AOA command generated by outer-loop controller. Barrier Lyapunov Function (BLF) design is employed to satisfy AOA requirement. Moreover, a novel auxiliary state is introduced to remove the restriction of BLF design on initial tracking errors. Dynamic Surface Control (DSC) is utilized to ease the computation burden. Rigorous stability proof is then given, and AOA is guaranteed to stay in predefined region theoretically. Simulations are conducted to verify the efficiency and superior performance of the proposed method.     

Variational method based robust adaptive control for a guided spinning rocket

In this paper, a robust adaptive controller is designed for a guided spinning rocket, whose dynamics presents the characteristics of pitch-yaw cross coupling, fast time-varying aerodynamics parameters and wide flight envelop. First, a coupled nonlinear six-degree-of-freedom equation of motion for a guided spinning rocket is developed, and the lateral acceleration motion is modeled as a control plant with time-varying matched uncertainties and unmodeled dynamics. Then, a robust adaptive control method is proposed by combining Bregman divergence and variational method to achieve fast adaption and maintain bounded tracking. The stability of the resulting closed-loop system is proved, and the ultimate bound and convergence rate are also analyzed. Finally, numerical simulations are performed for a single operating point and the whole flight trajectory to show the robustness and adaptability of the proposed method with respect to time-varying uncertainties and unmodeled dynamics.     

气路闭环横向互联空气悬架车身高度调节

为进一步改善空气悬架动力性与能耗经济性,结合互联空气悬架系统与高低压罐气路闭环车身高度调节系统的优点,提出气路闭环横向互联空气悬架系统.针对传统空气悬架车身高度控制策略应用于互联悬架存在的移植性缺陷,构建专门适用于横向互联空气悬架的车身高度比例积分微分-脉冲宽度调制(PID-PWM)控制策略,基于MATLAB/Simulink建立整车数学模型并进行仿真分析.仿真结果表明该控制策略响应迅速,且避免了超调现象,解决了传统空气悬架车身高度控制策略应用于横向互联悬架的移植性缺陷等问题.搭建试验台架,进行车身高度调节试验并对储气罐不同初始气压下充放气时间及控制误差进行研究.试验结果表明,提出的控制策略能准确地实现气路闭环横向互联空气悬架系统车身高度的切换,验证了所建模型的正确性以及控制策略的有效性,储气罐不同初始气压对车身高度调节性能的影响研究为车身高度调节的参数选择提供了依据.      

考虑复合控制系统动态特性的前向拦截制导律

为满足临近空间拦截高速大机动目标的实际需求,研究了考虑直接力/气动力复合控制动态特性的前向拦截制导律设计方法。在考虑连续气动力和离散直接力特点的基础上,给出了一种在气动舵控制基础上设计连续直接力、然后通过冲量等效法进行离散化的直接力设计方法,避免了复杂的控制分配问题。根据二维前向拦截导引运动学模型和拦截导弹动力学模型,利用时间尺度分离,将拦截导弹和目标的质点运动学与加速度慢变子系统构成的动态系统,看成慢变子系统,设计了俯仰角速度指令;将俯仰角速度动态子系统看成快变子系统,通过对俯仰角速度指令的跟踪控制设计得到考虑复合控制系统动态特性的前向拦截导引律。仿真结果校验了本文方法的正确性和有效性。     

考虑轨控调姿的共面椭圆轨道寻的交会

在交会对接寻的段,为了保证自主测量导航设备的连续跟踪和追踪航天器飞行姿态的稳定,要求寻的段尽量采用水平脉冲进行控制,使对地定向的追踪航天器在寻的轨控期间尽量不调姿或调整的姿态角尽量小。本文考虑轨控前调姿的航天器两脉冲寻的交会问题,提出了轨控调姿定量指标并给出了物理解释和数学定义。根据轨控调姿位置和次数不同,将问题分为首脉冲不调姿、末脉冲不调姿、两次均不调姿和两次均调姿等4类。对于前3类问题,提出迭代求解算法;对于第4类问题,提出非线性规划求解算法。最后,将调姿指标和特征速度的等值曲线叠加,提出了"交会参数设计图",可以快速直观地筛选出满足期望指标的交会参数集,辅助交会策略的制定。仿真结果验证了本文提出方法的有效性。     

基于模糊参数优化的小行星软着陆控制方法研究

针对传统指数趋近律变结构控制中抖振的问题,设计出新型变速指数趋近律滑模控制器。基于小行星软着陆控制系统的动力学模型,推导出指数趋近律滑模控制器结构。通过实时分析运动点距离滑模面的位置及趋近速率,采用模糊参数优化策略动态调整切换增益,实现在滑模面外时加快响应速度并增强系统克服摄动及外部干扰能力,到达滑模面时柔化控制量以消除抖振的目的。通过Matlab仿真,结果表明变速趋近律不仅保证到达运动的快速性,且有效降低了系统抖振,具有良好的稳态性能。     

空间碎片国际机制发展趋势分析

文章通过对空间碎片国际机制(多边谈判机制)的分析,指出其发展趋势,从而为中国参加相关谈判工作提供参考。空间碎片国际机制的发展已呈现出明显的政策化、法律化和制度化的趋势。无论是从外空利益争夺、外空战略实现,还是从中国航天事业可持续发展、中国航天立法体系完善的角度来讲,积极参加空间碎片技术合作与规则制定的国际谈判都具有重要意义。从国内建设上来看,中国应尽快制定“技术—政策(战略)—法律”三位一体的解决思路和具体方案;从国际层面看,可以借鉴美国一直坚持和贯彻的“技术—政策—国内规则—国际软法—国际法”外空策略,来开展空间碎片减缓和清除等方面的技术与规则制定的合作。     

有限差分法的坐标变换诱导误差

有限差分法应用于具有复杂外形的网格时需要进行坐标变换,在此过程中经常会引入坐标变换诱导误差。在柱坐标系下使用均匀网格进行均匀流场计算,计算结果表明,即使物理坐标对计算坐标的变换函数连续可导、计算过程中坐标变换系数直接采用准确的解析式、网格完全正交并且充分光滑,也无法避免坐标变换诱导误差。理论分析表明,产生坐标变换诱导误差的机理是笛卡尔坐标系下的守恒型欧拉方程变换至贴体坐标系下后增加了源项。针对该问题,目前国内外学者通常采用几何守恒律,构建与差分格式相匹配的坐标变换系数计算方法来消除源项。本文介绍了从包含源项的离散等价方程基础上直接进行离散的新算法,在此基础上针对非等距网格条件下MUSCL类格式重构过程进行误差分析,理论推导表明重构中需要考虑非等距插值公式的影响系数,将变量转换至计算空间内进行MUSCL重构才能保证该过程具有均匀网格下的插值精度。通过理论分析及数值实验证明新算法对于均匀流场完全不会引入坐标变换误差。