DynamicCharacteristic Analysis and Flight Control LawDesign of UAV Zero Length Launch

针对如何提高无人机零长发射安全性的问题,以某型无人机为研究对象,对火箭助推起飞阶段受力情况进行分析,并考虑火箭脱落前后质量和重心变化影响,建立其动力学模型。仿真研究了发射角、火箭冲程、火箭安装角和火箭推力线偏差等发射参数对发射动态过程的参数影响敏感性。设计了基于姿态控制增稳的起飞控制律和控制策略。仿真结果表明,选择合适的发射参数并严格控制火箭安装偏差范围,在此基础上,尽早启动舵面参与姿态控制可明显改善发射姿态,提高非标状态下零长发射安全性。研究结论可为无人机零长发射起飞提供技术支持和依据。     

基于Legendre伪谱法的固体运载火箭轨迹优化研究

Legendre法则是一种高阶积分近似法则,用较大积分步长得到较高精度。以结点伪谱法处理不连续问题后,可以把一个无限维的动态最优控制问题转化为有限维的静态优化问题,大大降低了问题复杂性。将其应用于轨迹优化,力求使其成为一种求轨迹优化问题的通用算法。以三级固体运载火箭为例,在惯性直角坐标系中建立动力学模型,给出轨迹优化模型。轨迹优化算例结果验证了Legendre伪谱法在弹道时间和精度优化的正确性和有效性。     

重复使用运载器基于轨迹线性化的俯仰角控制

为了改善重复使用运载器末端区域能量管理段的控制系统性能,提出了一种基于轨迹线性化的俯仰角控制回路结构,该结构由伪逆模型前馈和反馈控制组成.根据瞬时平衡的定义,沿轨迹剖面线性化,获得了伪逆模型的设计方法,形成俯仰控制结构.以高空超声速飞行为例,进行了俯仰角控制设计,并与常规反馈控制相比较.结果表明,基于轨迹线性化的俯仰角控制,可以改善控制系统的动态性能,减小反馈回路的负担,降低积分饱和的可能性.      

可重复使用运载器连续推力轨迹回转机动方法研究

针对可重复使用运载器(RLV)原场返回过程中所面临的轨迹回转问题,提出了一种在亚轨道高度进行姿态调整并使飞行轨迹回转、指向发射场方向的机动方法.在RLV与上面级分离之后,利用RLV自身推力抵消背离发射场速度,最终使RLV飞行方向指向发射场并进入再入返回阶段.采用连续推力方案,利用最优控制理论推导得出满足轨迹回转终端要求的机动指令.仿真结果表明,该方法能够实现RLV与上面级分离后轨迹迅速回转,可为之后的返回原发射场提供保障.     

引进装备水平检测仪的国产化研究

为实现引进装备水平检测仪的国产化功能替换,提出了一种基于逆向工程方法和信号处理技术的新思路。通过剖析原水平检测仪的组成、工作原理及性能指标,对其进行反设计。目前,国产化水平检测仪已用于工厂装备修理和部队装备的维护保障,能够满足引进装备的正常使用要求,使用维护简单、方便。     

垂直冷发射防空导弹弹道设计中的参数优化

根据垂直冷发射防空导弹的飞行程序，分析了影响弹道性能的主要因素，选取相应的参数对弹道进行优化设计。优化前后弹道参数的计算结果表明，该优化方法改善了速度特性，在攻击超低空目标时保证弹道末段俯冲角满足布儒斯特角的要求，是防空导弹弹道的有效设计方法。     

Cost Engineering – The new paradigm for space launch vehicle design

The paper describes the basic definition and application of 'Cost Engineering' which means to design a vehicle system for minimum development cost and/or for minimum operations cost. This is important now and for the future since space transportation has become primarily a commercial business in contrast to the past where it has been mainly a subject of military power and national prestige. Several examples are presented for minimum-cost space launch vehicle configurations, such as increasing vehicle size and/or the use of less efficient rocket engines in order to reduce development and operations cost. Further a cost comparison is presented on single-stage (SSTO)-vehicles vs. two-stage launchers which shows that SSTOs have lower development and operations cost although they are larger, respectively have a higher lift-off mass than two-stage vehicles with the same performance. The design of a space tourism-dedicated launch vehicle is an extreme challenge for a cost-engineered vehicle design in order to achieve cost per seat not higher than $50,000. Finally an outlook is presented on the different options for manned Earth-to-Moon transportation modes and vehicles – another most important application of 'cost engineering', taking into account the large cost of such a future venture.     

RLV再入轨迹机载快速优化

为了可重复使用飞行器再入轨迹机载快速优化的需求,开发一种再入轨迹快速优化算法。根据RLV再入三维轨迹的特点,引入了新的假设,对RLV再入轨迹状态方程进行简化处理,使优化迭代计算量大大减少,在此基础上,使用乘子法对再入终端约束进行处理,然后用共轭梯度法求解优化再入轨迹,最后以美国航天飞机为例计算再入最优轨迹。结果验证该算法在满足约束条件的情况下,具有很快的收敛速度,在不同初始再入条件和终端约束条件下,计算机时一般小于一分钟。该算法具有很好的工程应用前景。     

可重复使用运载器机翼外形优化

研究了有翼可重复使用运载器机翼平面外形参数优化设计问题。在高超声速配平和低速水平着陆性能等约束条件下，利用混合遗传算法和粒子群优化算法来选择最优机翼外形参数，使机翼重量最小化。在已知的不同质心位置下求得相应的最小重量机翼外形。亚声速气动力采用面源法计算，高超声速气动力采用修正的牛顿流理论计算。为了降低计算耗费，使用均匀设计和逐步回归方法建立了低速气动力回归模型。整个优化过程在Matlab集成环境下完成。     

无人机穿越变化风场起飞特性仿真研究

引入和定义了必要的风场特征参数和工程化模型，建立了计及任意变化风场的无人机运动方程，以某型无人机为例，进行了数值仿真计算，并给出了切变风场和微下冲气流同无风情况起飞特性仿真时间历程比较曲线，同时讨论了风梯度的气动效应和对无人机起飞过程的影响。