基于物理规划的高超声速飞行器滑翔式再入轨迹优化

 轨迹优化是新型高超声速滑翔式再入飞行器方案设计的关键技术之一。物理规划方法能够以较低的计算代价获得设计者偏好的多目标优化问题的折中解。基于该方法研究滑翔式再入最优飞行轨迹。首先介绍物理规划方法求解多目标优化问题的数学模型,然后将考虑射程最大、热载最小、热流密度峰值最小和弹道最稳定4个目标的再入最优轨迹问题纳入物理规划的框架求解。以某带翼锥形再入飞行器为例,通过计算并分析单目标优化结果,确定具体的偏好结构,采用遗传算法求解了考虑热流、过载、动压和终端条件约束的多目标最优轨迹。优化计算结果验证了物理规划方法的有效性。分析了沿最优轨迹飞行的物理原因和基本迎角控制规律,可为滑翔式再入飞行器的最优轨迹方案设计提供依据。     

机动目标拦截末制导状态估计器的误差特性

 针对大机动目标拦截问题,分析了末制导阶段目标机动条件下状态估计器的误差特性。首先将目标机动输入未知时的状态估计器模型表示为一随机线性混合系统,当混合系统的模式跳变事件满足可观测性条件时,模式决策过程可等效为真实模式的延迟;随后推导了模式决策延迟条件下估计误差的动态方程与传递函数,并得到了一定误差要求下模式决策延迟的上界与目标机动模式逗留时间的下界;最后通过空空导弹拦截高速战机的典型实例验证了该理论分析的正确性。研究结果为设计此类线性混合系统估计器提供了理论依据。     

考虑禁飞区规避的空天飞行器分段预测校正再入制导方法

针对空天飞行器再入制导问题,提出一种考虑禁飞区规避的分段预测校正制导方法。在再入段前期采用剩余航程作为目标函数,后期引入预测落点偏差作为目标函数进行制导指令求解,同时确定倾侧角幅值和符号,兼顾了计算效率与终端制导精度。在此基础上,对于再入过程中的禁飞区规避问题,把禁飞区分为两类,增加了通过倾侧角幅值修正策略实现侧向规避制导的逻辑,可适用于无法单独通过倾侧角反转规避禁飞区的情况。最后,通过开展考虑再入初始状态和气动品质不确定性的蒙特卡罗仿真,验证了提出的分段预测校正制导方法可以有效引导空天飞行器规避禁飞区,与单段目标函数预测校正方法相比,具有更高的制导精度。     

基于排队模型的航天器环模设备负载能力分析

一般真空热试验对于空间环境模拟设备的占用时间长达7～30天。随着发射任务量的增加,试件排队等待进行试验的情况时有发生。文章针对这种情况,以一组中型环模设备为对象,统计分析了其近5年的试验任务量,结果显示：试件的到达间隔时间近似服从负指数分布,试验持续时间近似服从Gamma分布。基于此,建立了描述试件进行真空热试验的M/G/k排队模型,通过蒙特卡罗方法给出了不同试验持续时间分布、不同任务量下的平均排队长度、平均排队时间等关键指标,可为未来相应设备的建设与规划提供参考。     

基于有限元法的水下绝缘体小目标电磁场探测方法仿真研究

开展具有自主知识产权的水下绝缘体小目标探测方法研究,可为我国海域勘探开发提供技术支撑。文章将基于有限元的电磁场探测方法应用到水下绝缘体小目标的检测：首先利用ANSYS Maxwell软件进行建模仿真;然后对不同电流及不同水面高度/水下深度有无绝缘体小目标的磁感应强度进行模拟并计算其差值。结果表明,当水下导线直流电流为200 A时,磁感应强度模拟差值大于0.3 nT,可在350 m×350 m×35 m的海域内有效探测有无绝缘体小目标通过。     

音叉振动电容式表面电位测量装置设计

文章针对振动电容式表面电位测量传感器核心组件——振动音叉进行详细设计,分析得出适用于电位检测的音叉振动形式,确定出音叉结构参数及驱动方式;进行基于传递函数的传感器灵敏度及精度影响因素分析;提出基于电荷感应与静电场仿真的电位测量装置设计方法,得到的传感器灵敏度与理论计算结果一致,并最终通过样机标定实验验证了传感器设计的正确性。     

基于多目标遗传算法的差速器壳体轻量化设计

针对某新能源汽车差速器壳体需在满足行驶工况的刚强度要求下实现轻量化,提出一种基于多目标遗传算法NGSA-II和参数化模型相关联的优化设计方法。首先通过SolidWorks和ANSYS的联合仿真,对差速器壳体的大端、小端、法兰及主减速器外圆等部位的厚度实现参数化手段,并通过模态分析和静力学计算证明壳体有足够的优化空间;然后构建尺寸变量同优化目标之间的响应曲面;最后基于多目标遗传算法,建立以质量最小和壳体最大应力最小为目标的优化模型,对差速器壳体进行轻量化设计。结果显示：优化后壳体总质量从6.80 kg减为6.10 kg,减少了10.3%;壳体最大应力降低了9.9%;同时壳体的最大变形量在安全范围内,证明基于多目标遗传算法进行轻量化设计是可行的。     

粘弹性材料参数随机性对PCLD板动力学特性的影响

使用分布参数传递函数方法研究了阻尼层粘弹性材料随机性对被动约束层阻尼(PCLD)板动力学特性的影响.首先从Hamilton原理出发建立了PCLD板的动力学方程,引入状态向量,建立了系统的状态空间方程,利用分布参数传递函数方法求解方程得到了四边简支PCLD板的固有频率和损耗因子.以粘弹性材料分数导数模型中的参数作为基本的随机变量,并假设其服从正态分布.使用Monte Carlo直接抽样法研究了材料参数的随机性对PCLD板结构固有频率和模态损耗因子的影响.计算结果表明,粘弹性材料参数的随机性对板动力学特性具有较大的影响,因此对PCLD结构采取随机分析是非常必要的.     

加筋圆柱曲板稳定性的微分求积单元法分析

加筋圆柱壳和圆柱曲板在工程领域中有着广泛的应用,其稳定性特性是设计人员十分关注的一个问题。本文首次尝试应用微分求积单元法分析加筋圆柱曲板的稳定性问题。采用了新的确定权系数的方法建立了微分求积圆柱曲板单元,并给出了详细的分析过程。将微分求积单元法的计算结果与现有的数值结果进行了比较来验证所建立的微分求积单元法的分析过程及结果的正确性,还给出了一些新的数据和图线供设计参考或者用于新方法的验证。     

飞行器气动与隐身性能一体化优化设计方法研究

首先根据多学科综合优化设计理论 ,针对飞行器外形布局设计特点 ,开展飞行器气动与隐身性能综合优化设计方法研究。分别采用线化格林函数法与粘性修正相结合以及物理光学法与等效电流法相结合的方法 ,建立了飞行器气动力特性与隐身特性的计算方法。利用多学科优化设计理论和遗传优化算法 ,开展了关于飞行器气动与隐身性能的协同优化设计方法研究。取得了初步的研究结果。