飞船跳跃式再入第一次再入能量管理方法

针对探月飞船跳跃式再入第一次再入能量管理问题,设计了一种能量管理方法。首先,采用大倾侧角再入,快速进入能量管理阶段;然后,对能量耗散速度进行控制,并预估跃起点的能量以确定飞船的跃起时机;最后,在能量管理结束后按设计指令过渡到跃起点。为检验能量管理方法的有效性及鲁棒性,基于标准轨迹法设计制导律,并进行仿真分析。仿真结果表明,该能量管理方法能改善轨迹跟踪性能,提高再入制导方法的精度和鲁棒性,并避免飞船在一次再入和二次再入过程中出现较大过载的现象。     

Multiobjective genetic optimization of Earth–Moon trajectories in the restricted four-body problem

In this paper, optimal trajectories of a spacecraft traveling from Earth to Moon using impulsive maneuvers (ΔV maneuvers) are investigated. The total flight time and the summation of impulsive maneuvers ΔV are the objective functions to be minimized. The main celestial bodies influencing the motion of the spacecraft in this journey are Sun, Earth and Moon. Therefore, a three-dimensional restricted four-body problem (R4BP) model is utilized to represent the motion of the spacecraft in the gravitational field of these celestial bodies. The total ΔV of the maneuvers is minimized by eliminating the ΔV required for capturing the spacecraft by Moon. In this regard, only a mid-course impulsive maneuver is utilized for Moon ballistic capture. To achieve such trajectories, the optimization problem is parameterized with respect to the orbital elements of the ballistic capture orbits around Moon, the arrival date and a mid-course maneuver time. The equations of motion are solved backward in time with three impulsive maneuvers up to a specified low Earth parking orbit. The results show high potential and capability of this type of parameterization in finding several Pareto-optimal trajectories. Using the non-dominated sorting genetic algorithm with crowding distance sorting (NSGA-II) for the resulting multiobjective optimization problem, several trajectories are discovered. The resulting trajectories of the presented scheme permit alternative trade-off studies by designers incorporating higher level information and mission priorities.     

人体手端点到点运动的优化轨迹生成与控制

考虑肢体肌肉的生理特征和肌肉收缩的动力学行为,利用肌肉等长收缩的最小功准则研究了人体手端点到点运动的优化轨迹生成与控制问题.讨论了肌肉收缩的动力学特性,建立水平面内上肢运动的动力学模型,提出将肌肉等长收缩的最小功准则作为优化的目标函数,运用最优化理论将手端点到点的运动问题转化为最优控制问题,设计了求解手端运动优化轨迹的迭代算法,得到了手端运动的控制规律和优化轨迹.算例仿真表明该方法对手端运动优化轨迹的预测是有效的.     

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。     

基于Gauss伪谱法的临近空间飞行器上升段轨迹优化

综合考虑密度变化、声速变化、发动机推力变化及地球引力等因素对飞行轨迹的影响,研究了与实际飞行环境更加相符的临近空间飞行器燃料最优爬升轨迹。针对该问题在气动数据处理和优化求解上存在的困难,提出一种基于Gauss伪谱法(Gauss Pseudospectral Method,GPM)的求解策略。首先,依据气动数据特点,设计拟合模型对气动参数进行高精度拟合;其次,为避免间接法和传统直接法的缺点,将Gauss伪谱法和序贯二次规划(Sequential Quadratic Programming,SQP)相结合,对存在边值及加速度约束的轨迹优化问题进行求解,获得最优飞行轨迹。仿真结果表明,在更为真实的飞行环境下,利用GPM和SQP相结合的方法可在5.83s获得一条精度为10-4～10-6左右的飞行轨迹。     

一种动态面神经网络鲁棒飞行控制律设计

提出一种基于RBF(Radial Based Function)神经网络和动态面控制的飞行控制律设计方法。针对飞机气动参数变化引起的非线性和不确定性,通过RBF神经网络在线逼近。动态面飞行控制律消除了反推设计方法中由于对虚拟控制反复求导而导致的复杂性问题。同时,在控制律设计中引入一个鲁棒因子项来补偿外界干扰和神经网络的逼近误差,提高了系统的鲁棒性,使整个系统获得更好的跟踪控制性能。基于Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统的所有信号半全局一致终结有界,并且通过适当选择设计参数,跟踪误差可收敛到原点的一个小邻域内。最后,通过飞机俯仰运动飞行的数值仿真验证了该方法的有效性。     

高超声速滑翔飞行器表面加热特点研究

高超声速滑翔飞行器具有高机动和远程快速到达能力,是高超声速技术应用的前沿领域。快速准确地预测飞行器表面受热变化特征,对高超声速滑翔飞行器热防护系统设计十分重要。以基于锥导乘波构型的高超声速滑翔飞行器和跳跃飞行弹道为研究对象,对其表面不同特征区域的加热开展了快速预测方法研究;采用选用方法分析驻点辐射平衡温度随飞行弹道的变化规律;在弹道特征位置上针对飞行器前缘及上、下表面的加热情况进行分析,获得高超声速滑翔飞行器受热的整体特征,可为分区域选择热防护措施提供参考。     

飞机舱盖重心位置对舱盖抛放轨迹影响的数值模拟

 通过求解雷诺平均N-S方程,应用嵌套动网格技术结合6-DOF运动方程,成功实现了F/A-18C战机的座舱盖抛放轨迹的数值模拟。同时,分析了座舱盖重心位置的不同对舱盖飞行轨迹和飞行姿态的影响,得出F/A-18C战机座舱盖的重心后移能缩短抛放时间,优化飞行轨迹的结论。     

基于机动动作库的实时轨迹生成与仿真研究

论述了基于机动动作库的实时轨迹生成方法,根据环境和任务要求进行在线决策,选取机动动作库中合适的机动动作,最终实时生成无人机所需要的机动轨迹。仿真结果表明,这种方法具有实时性强、生成轨迹易于跟踪控制等优点。     

空地导弹弹道增程方案设计

针对空地导弹直线对准弹道方案,采用优化初始航迹角的方法得到满足终端速度约束的弹道;最大射程飞行方案采用控制迎角的方法使航程最大,采用多项式样条插值的方法来估计迎角变化规律,用遗传算法优化采样点的参数,得到了满足终端速度约束的最大射程。通过算例对比可知,最大射程飞行方案的射程比直线对准飞行方案提高了三倍多。研究结果对空地导弹的标准弹道设计有一定的参考价值。