Simulation software for the spiral trajectory of our Moon

At 4.56 Ga, the accretion of the slowly rotating Solar Nebula led to the formation of Sun and its Planets in the plane of disc of accretion. Moon was formed by accretion from a circumterrestrial disk of debris generated by the glancing angle impact of the young Earth by a Mars size planetary embryo at about 4.5 Ga at a distance of 15,000 km. The Moon since then has migrated to the present position of 384,400 km from the center of the Earth. In course of this outward migration it has slowed down the spin rate of Earth and caused the lengthening of diurnal day length from 5 h initially to 24 h presently. The basic mechanics of Earth–Moon System has been worked out and theoretical determination of lengthening of day curve is carried out. This theoretical lengthening of day curve is compared with the observed lengthening of day curve based on paleobotanical evidences, ancient tidalites and Australian Banded Iron Formation. There is a remarkable correspondence between the two curves except for intermittent deviations due to geographical and geophysical factors. Based on the theoretical curve of lengthening of day, an empirical formula for the lunar orbital radius expansion is determined. Based on this empirical formula, simulation software is developed that gives the correct evolution of the semi-major axis (a) of our Moon for any time span from the inception to the time chosen under study. For mathematical simplicity the system is considered to be a two body rotating system throughout its evolutionary history of 4.5 Gyrs. This simulation draws the Moon’s spiral trajectory from its inception to any subsequent epoch. The terminal epoch is an input to the simulation software to arrive at the spiral trajectory of the Moon from the inception to the given epoch. The basic mechanics of Earth–Moon System and this simulation can be generalized to lay the foundation of simulation software for any Planet–Satellite pair or any Sun-Planet pair in our Solar System or Star-Planet pair in any Extra-Solar System. The basic dynamics has been found to be valid for Star–Planet pair also. So this Simulation Methodology can as well be applied to study the migratory evolution of Gas Giants also.     

再入滑翔式飞行器轨迹快速优化

为了满足再入滑翔飞行器轨迹实时生成的要求,提出了一种轨迹快速优化方法.在模型处理方面,根据再入飞行器运动的特点,对再入轨迹方程进行了合理的简化处理和无量纲化处理,使其更适合数值优化算法求解;在算法方面,采用乘子法对再入终端约束进行处理,然后采用共轭梯度法求解最优的再入轨迹.仿真结果表明,这样处理只需10s左右的时间便能产生一条满足约束条件的再入优化轨迹,验证了模型     

无人机系统适航与安全性分析方法

针对无人机系统安全性需求,首先根据载人航空器适航审定规范及安全性评估依据,表明由于无人机系统的特殊性造成直接应用现有安全性评估流程和评估方法具有局限性.在此基础上提出无人机系统适航安全性评估的几点改进:①考虑无人机系统包括无人机和综合保障设备,扩大安全性评估边界进行无人机系统级的功能危险分析;②考虑无人机系统“人机分离”特点,需要对无人机系统失效状态的严重程度进行重新分级和定义;③考虑无人机系统本身受起飞质量的影响很大,强调必须根据无人机系统分类对地面撞击和空中碰撞两个关键事件进行安全性分析.结果表明:上述改进从无人机系统本身特点出发,通过给定的目标安全水平进一步确保安全性.      

基于Kriging模型的高超声速舵面优化设计

采用RANS方程进行了高超声速舵面的气动特性计算与平面形状优化设计研究。为了提高优化效率,采用拉丁超立方抽样试验设计方法得到样本点,并建立Kriging模型替代费时的流动数值模拟。以最大化舵面操纵力矩和最小化平面面积为目标,以阻力不增为约束条件,进行了舵面平面形状优化设计。优化结果表明,优化舵面的平面面积减少了4.78%,力矩绝对值在设计点增加了24.69%,且在较大的攻角范围均有提高。将初始舵面和优化舵面分别装配到方形截面导弹上,验证计算表明,优化舵面的操纵效率更高。     

盒式机翼布局气动特性研究

采用基于S-A一方程湍流模型的雷诺平均法求解N-S方程,研究了盒式机翼布局前后翼几何参数对气动特性的影响规律,为盒式布局飞机气动设计提供参考。结果显示:随着前后翼垂直距离的增大,盒翼升力和升阻比均增大;增大前后翼的纵向距离,盒翼升力增加;盒翼气动性能对两翼纵向距离的敏感程度不及对两翼的垂直距离。     

推力耦合的高超声速飞行器气动伺服弹性研究

对于采用吸气式超燃冲压发动机的高超声速飞行器,其发动机推力可能与机身弹性发生耦合影响,从而引起所谓的推力耦合气动伺服弹性(ASE)问题。为对其耦合原理及影响进行研究,以简化的飞行器纵向模型为对象,考虑结构弹性、非定常气动力、冲压发动机以及控制系统之间的相互耦合作用,建立了推力耦合的高超声速飞行器气动伺服弹性问题的一般建模框架和分析流程。采用牛顿冲击理论计算高超声速非定常气动力,基于准一维流动假设分析发动机性能。算例结果表明,考虑发动机推力的耦合影响后,飞行器的短周期特性和气动伺服弹性特性均有明显改变,气动伺服弹性稳定裕度下降可达16%,应当引起飞行控制系统设计部门的重视。     

基于多准则决策的作战飞机顶层方案优选

提出了综合应用灰色关联投影法、加权求和法、加权求积法和基于理想点决策法来实现对无人作战飞机顶层方案的优选,并着重介绍了多准则决策方法及实施过程。该方法采用不同的公度化方法处理相应的评价指标,对多目标、多层次指标体系进行赋权,利用权重将评价指标联系在一起,并将四种准则决策法进行综合,依据决策者的偏好,最终实现顶层方案的优选。最后,通过制空无人作战飞机顶层方案优选的例子,证实了所提方法是可行且有效的。     

基于TMS 320F28069的无人机舵系统控制器设计与实现

本文设计并实现了一种基于TMS 320F28069的小型无人机舵系统控制器。取消了原机舵系统的模拟通讯方式,改用RS485接口与飞控计算机进行通讯。在分析舵系统工作原理基础上,基于TMS 320F28069控制精度高、功耗低、外设丰富的优点,进行了软、硬件结构的模块化设计。实验表明,本文设计的控制器可靠性强、稳定性好、控制精度高,可以消除外界干扰对舵系统的影响。     

切换拓扑下无人机集群系统时变编队控制

针对多无人机(UAV)间通信拓扑可能发生变化的情况,研究了具有二阶积分特性的无人机集群系统的轨迹跟踪与时变编队控制问题。基于一致性方法设计了编队控制器,将编队控制问题转换成闭环系统的稳定性问题,引入了切换拓扑平均驻留时间的概念,并在此基础上利用线性矩阵不等式(LMI)方法,给出了控制器设计步骤。通过构造分段连续Lyapunov函数,证明了切换拓扑下无人机集群系统能够实现对指定轨迹的跟踪并且实现时变编队飞行。以三维空间运动的无人机集群系统为例进行了仿真验证,结果表明本文所提方法能够解决切换拓扑下无人机集群系统的轨迹跟踪与时变编队问题。     

火星进入器高空稀薄气动特性

针对火星稀薄大气环境进入器气动特性问题,以类火星科学实验室外形为例,计算分析火星稀薄大气真实气体效应对气动特性的影响,给出火星高空稀薄环境下的气动特性规律。研究发现,随着飞行高度的增加,稀薄度增加,激波脱体距离、激波厚度增大,激波强度减弱,明显的激波结构逐渐消失,流场等值线更趋于圆弧状分布;真实气体效应使得迎风面压缩及背风面膨胀增强,轴向力、法向力及顶点力矩系数等预测结果与完全气体模型预测结果相比绝对值偏大;随着稀薄度增大,轴向力、法向力及顶点力矩系数等绝对值增大,在同样的迎角下,随稀薄度的增加,纵向压心前移,进入器的静稳定性变差。