CFD和MDO技术在乘波飞行器设计中的应用综述

乘波飞行器由于其具有高升阻比特性而成为国内外高超声速飞行器研究的热点。介绍了乘波飞行器的研究进展,在此基础上阐述了乘波飞行器设计对先进设计技术的需求。重点讨论了计算流体力学（CFD）技术和多学科设计优化（MDO）理论与方法在乘波飞行器设计中的应用现状。提出了今后应重点对高超声速飞行条件下乘波飞行器的动态气动特性进行全面的数值模拟研究．大力开展包含可靠性和经济性分析的乘波飞行器多目标多学科设计优化研究。随着MDO方法在乘波飞行器设计中的深入应用,CFD必将发挥更大的作用,共同促进乘波飞行器的快速发展。     

Ares I–X Flight Test Vehicle similitude to the Ares I Crew Launch Vehicle

The Ares I–X Flight Test Vehicle is the first in a series of flight test vehicles that will take the Ares I Crew Launch Vehicle design from development to operational capability. Ares I–X is scheduled for a 2009 flight date, early enough in the Ares I design and development process so that data obtained from the flight can impact the design of Ares I before its Critical Design Review. Decisions on Ares I–X scope, flight test objectives, and FTV fidelity were made prior to the Ares I systems requirements being baselined. This was necessary in order to achieve a development flight test to impact the Ares I design. Differences between the Ares I–X and the Ares I configurations are artifacts of formulating this experimental project at an early stage and the natural maturation of the Ares I design process. This paper describes the similarities and differences between the Ares I–X Flight Test Vehicle and the Ares I Crew Launch Vehicle. Areas of comparison include the outer mold line geometry, aerosciences, trajectory, structural modes, flight control architecture, separation sequence, and relevant element differences. Most of the outer mold line differences present between Ares I and Ares I–X are minor and will not have a significant effect on overall vehicle performance. The most significant impacts are related to the geometric differences in Orion Crew Exploration Vehicle at the forward end of the stack. These physical differences will cause differences in the flow physics in these areas. Even with these differences, the Ares I–X flight test is poised to meet all five primary objectives and six secondary objectives. Knowledge of what the Ares I–X flight test will provide in similitude to Ares I—as well as what the test will not provide—is important in the continued execution of the Ares I–X mission leading to its flight and the continued design and development of Ares I.     

大空域变轨巡航飞行器变结构控制律研究

针对超声速大空域变轨巡航飞行器在变轨过程中出现的系统矩阵摄动问题,给出了具有较强鲁棒性的变结构控制律。通过合理选取滑模面,使得设计的变结构控制律对由于飞行空域变化造成的系统矩阵的摄动具有不变性,从而保证了控制律的鲁棒性。通过对系统相平面的分析及李亚普诺夫理论证明了闭环系统的稳定性。利用饱和函数来近似符号函数,对变结构控制律的抖振现象进行消除。最后给出了数学仿真校验,结果表明所设计的变结构控制律具有较强的鲁棒性。
     

基于MSDM方法的粒子-固壁侵蚀效应研究

为研究导弹发射过程中发动机喷出的高温高速粒子对发射装置壁面的冲刷和侵蚀作用,利用MSDM(微尺度动力学模型)方法,建立了粒子对固壁材料的冲刷侵蚀模型,对粒子入射速度、入射角度、粒子尺寸及固壁材料特性等影响侵蚀效应的因素进行了研究,获得了粒子入射条件、固壁材料特性与侵蚀效应的相互关系.用MSDM方法将粒子和固壁离散为具有一定连接关系的微团质点,并利用材料属性和牛顿运动关系确定了微团间的相互作用和运动过程.研究表明,该方法在分析粒子-材料侵蚀方面具有一定效果.     

空天飞机全C／SiC复合材料机身襟翼的静力试验研究与失效分析

针对全C／SiC复合材料机身襟翼再人过程中受到强烈的气动载荷作用的受力状况,进行了静力试验考核。对静力试验方法进行了讨论与探索,通过验证性的试验,确定了传统的贴帆布带加载的静力试验方案。并通过有限元建模计算明晰了机身襟翼结构的静力试验的危险区域。静力试验中,襟翼试件在未达到试验设计载荷的情况下,出现了提前破坏。通过对试件的传力路线的分析以及损伤部位的观察和研究,找出了失效的原因是由于角盒工艺上的缺陷造成的,并提出了工艺上改进的方法。     

基于混合遗传算法的火箭姿态控制设计方法

针对火箭控制系统姿态网络设计,提出了一种采用遗传算法和模拟退火算法混合的算法进行姿态网络自动设计的方法。该算法实现了已知校正网络幅频特性曲线的幅频向量,通过系统辨识和寻优搜索,可以计算出该网络的传递函数。本文对该算法进行了试验验证,证明该方法可行并优于单纯的模拟退火算法和遗传算法。     

运载火箭测发控网络设计

运载火箭测试发射控制系统对数据处理能力、数据通信能力的要求越来越高。本文采用最新的网络通信技术,结合CZ-3A运载火箭测发控网络的实际设计需求和设计原则,概要介绍了运载火箭测发控网络的特点,着重从测发控网络的拓扑结构、双网卡捆绑技术、静态路由技术等五方面详细阐述了测发控网络的设计,最后通过测发控网络的功能测试验证了该设计的可靠性和先进性。     

移动载体上天线工作角域分析

静止轨道卫星与地球上移动载体间的数据通信时,要求移动载体在运动中始终保持通信链路信号不中断。从移动载体看卫星的仰角和方位角随移动载体在地球上的位置及其自身的姿态(方位,俯仰,滚动)而变,因此要求载体上天线既具有极宽的辐射方向图特性和良好的圆极化特性。按静止轨道卫星定点位置、载体工作地域、载体运动中姿态角(方位角、俯仰角、滚动角)变化范围,导出移动载体上天线实际需要的工作角域,为载体上天线辐射特性的设计给出了依据。     

基于分布式专家系统的运载火箭故障诊断技术

针对运载火箭结构庞大,各分系统纵横交错、相互耦合的特点,基于分布式专家系统思想,提出了一种分布式运载火箭故障诊断技术方案.该方案采用产生式知识表达技术,将专家知识通过由测点表、征兆表、规则表和结论表组成的4表结构来表示,具有表述清晰、易于扩展和移植的特点.推理机制采用分布式推理和分级推理相结合的方式.分布式推理将运载火箭的系统级故障与各分系统级故障分别同时进行诊断,可有效提高诊断速度.分级推理将危害级别高的故障优先进行诊断,因此运载火箭一旦有危害程度大的故障发生时,可以及时发现、及时处置,从而使故障对系统的影响降至最低.      

远程测发控系统在无人值守期间对部分故障的远程定位

首先要建立模拟量与数字量被合理分配、灵活应用的测控体制,然后再 开始解决一些目前无法进行远程处理的问题;选择一款有助于实现总体方案的 高可靠性数模设备也是设计之初重点考虑的问题。