附加质量及惯性矩对于大型飞艇气动性能和开环控制响应的影响

在临近空间飞行的飞艇体积庞大以保持自身浮力克服重力,排挤的大量空气在黏性效应下对飞艇的反作用力可形成附加在飞艇表面的附加质量或者附加力矩,在工程上通常忽略或简单估算,显著影响大型飞艇的飞行稳定性。该文基于数值模拟和飞行仿真的手段,考察了附加质量和力矩对于大型飞艇气动性能和操纵性的影响。针对倒Y型尾翼布局的大型飞艇,采用六自由度非定常匀加速和重叠网格的CFD技术,得到了飞艇平动和转动的附加质量和力矩; 基于计算结果,分析了布局形式对于沿y轴、z轴平动的附加质量、转动的附加力矩的影响差异; 通过飞行动力学仿真手段,考察了附加质量和力矩对于飞艇开环控制的响应影响。CFD计算结果表明,布局形式使得飞艇沿y轴和z轴平动的附加质量、绕y轴和z轴转动的附加惯性矩近似相等; 飞行仿真结果表明,考虑附加质量和力矩情况,飞艇对于开环控制的响应速度更慢,由此引起的响应迟滞可降低操控性,不可忽略。     

平流层飞艇上升过程的数值模拟

以多用途平流层平台为背景,对平流层飞艇的温度和运动轨迹进行了研究.在详细分析飞艇所处环境、受力、传热传质情况的基础上,建立了飞艇的空间运动和热传递模型.通过对热固耦合方程数值求解,获得飞艇在整个上升过程中膜、内部氦气、内部空气温度及空间轨迹随时间的变化规律,为平流层飞艇热性能方面研究增加了数据积累.     

导弹起竖过程中风载荷影响研究

为了研究某导弹起竖过程中风载荷的影响,基于对数律平均风载荷模型,建立了起竖系统受风载荷影响下的受力模型.通过一组仿真实验,研究了不同风力、风向、地表粗糙程度和空气密度下导弹起竖过程的受力情况.仿真结果表明,风向和风力对起竖过程受力影响较大,地表粗糙长度和空气密度对起竖过程受力影响较小.研究成果对于类似系统的抗风设计和安全工作都有一定的参考价值.     

空空导弹折叠舵展开过程气动载荷分析

以正常式布局空空导弹折叠舵为研究对象,开展给定飞行条件下折叠舵展开过程气动载荷风洞试验,给出了折叠舵展开过程中的气动载荷,分析了气动载荷对折叠舵展开过程的影响,并对折叠舵受载情况进行了相应的CFD仿真,从理论上解释了折叠舵受载的合理性。结果表明,在给定飞行条件下,气动载荷有助于迎风折叠舵展开;跨音速时气动载荷阻碍背风折叠舵展开,超音速时气动载荷先利于再阻碍背风折叠舵展开。     

平流层大型飞艇概念设计与建模

介绍了平流层大型飞艇的概念设计,从几何外形、结构布局、动力、能源等几方面阐述了平流层飞艇的设计方法;分析了一种具有差动升降舵的高空大型飞艇的受力情况,并对该飞艇进行了建模,得到其非线性数学模型。最后对所得到的非线性模型进行了开环仿真验证,得出了几点重要结论。     

高速飞行的特殊载荷问题研究

对高速飞行过程中面临热环境带来的耦合载荷、复杂飞行及地面动载荷、飞行过程中的特殊载荷现象及新技术带来的载荷问题等进行了分析,对各种严酷载荷状态带来的高速飞行面临的特殊载荷问题的物理机理、载荷成因、影响规律等进行了分析与归纳,并结合现阶段设计过程的方法和手段,为高速飞行载荷技术研究指出了深化发展的方向与重点,对设计及研究工作有一定指导意义。     

基于飞艇捕获的运载火箭空中回收方案设计及关键技术

运载火箭子级的可控回收是运载火箭多次重复使用的基础。提出了一种基于翼伞减速机动、使用飞艇空中捕获的新型运载火箭子级可控回收方案,在运载火箭助推器或一级在分离后的再入过程中采用翼伞系统的大气段减速机动,使用大载重量飞艇群携带捕获网对翼伞飞行器进行空中捕获。开展了总体方案、飞艇捕获方案、飞行控制方案的初步设计和仿真分析,经比较本方案对火箭运载能力和原有设计布局的影响较小,具备后续工程研制和应用的潜力。     

飞艇推力矢量转向系统支架的静动态特性分析

基于有限元法建立推力矢量转向系统支架的有限元模型,对某型飞艇推力矢量转向系统支架结构的静动态特性进行了研究。分析了不同边界条件下支架的静态特性,得出了不同载荷作用下支架的应力分布情况,通过模态分析,得到了支架的动态特性,为支架的设计和使用提供了必要的理论依据。     

基于解析法的平流层飞艇上升段热力学特性分析

综合考虑了太阳辐射、地面反照辐射和红外辐射等热环境因素,建立了平流层飞艇上升段热动力学模型。通过仿真计算,分析了当大气温度变化时,飞艇上升过程中压差、排气量及蒙皮温度等因素的变化情况。结果表明：大气温度降低时,可能会引起飞艇无法达到预期高度;大气温度升高时,会造成飞艇内部压强增大,对蒙皮的安全造成威胁。     

提高小口径杆型弹飞行稳定性的弹体设计方法探讨

论述了一种改进杆型弹飞行姿态的方法，并根据简化受力模型，分析了弹丸的受力情况，比较了改进前和改进后三种弹飞行姿态的优劣，试验证明质心和阻心确实是影响飞行姿态的一个重要因素，通过正确的调整可以大大地改善飞行姿态，提高飞行稳定性。     

固体运载器大气飞行段内弹道优化设计研究

为提升固体运载器射程能力并改善复杂大气飞行段的姿态控制、载荷条件,以射程最大为目标,利用离散化方法建立了内弹道优化设计模型。通过等比调节与值域调控的迭代处理方法,将有约束优化模型转化为无约束优化模型。以自适应差分进化法开展优化仿真。仿真结果表明,固体运载器内弹道推力曲线采用“前高后低”的形式将有利于提高射程,并对改善大气飞行段飞行环境具有积极意义。研究成果可为固体运载体总体方案论证提供借鉴。     

空射运载火箭轨迹/穿越距离优化设计

空射运载火箭轨迹设计受载荷、载机安全性、姿控能力等多因素限制,为了解决空射运载火箭面临的复杂多约束条件下的轨迹优化问题,提出了一种考虑穿越距离、最大载荷约束、最大控制能力的轨迹优化设计方法。建立了机箭穿越距离模型与载荷计算模型,通过将上述模型转换为过程约束引入轨迹优化问题中,利用伪谱法对轨迹优化问题进行求解,从而实现多约束条件下的空射运载火箭上升段轨迹快速优化。在此基础上,梳理了空射运载火箭轨迹设计中影响火箭穿越距离、最大载荷的典型参数,分析了参数间的制约关系。仿真结果表明:该方法能够实现多约束条件下的空射运载火箭上升段轨迹优化,为空射运载火箭研制提供参考; 从降低火箭最大飞行载荷以及总体性能提升角度考虑,空射运载火箭应在较高高度进行投放,投放后以最大角速率将攻角调节至最大值,保证火箭快速穿越稠密大气,同时应尽可能缩短穿越距离,避免火箭在低空加速。     

临近空间环境对高超声速巡航导弹约束性研究

临近空间独特的环境特点对高超声速巡航导弹的作战使用产生较大影响,需要明确影响的方面和程度.分析临近空间环境要素,提出临近空间高超声速巡航导弹作战能力与优势.针对临近空间环境对高超声速巡航导弹弹道特性、射程、飞行控制的影响开展研究.研究结论具有一定的理论意义与实际价值,可以为高超声速巡航导弹发展提供军事需求牵引和技术发展借鉴.     

边界层转捩飞行测量方法及实现

针对高超声速边界层转捩飞行试验研究的需要,通过一体化的变厚度薄壁测温和热流辨识方法,利用测量薄壁内壁温度辨识表面热流可实现飞行器表面转捩位置的测量。考虑到飞行器高速飞行过程中表面气动加热和振动环境要求,对测量结构和机体结构开展了一体化模块设计,提高了测量结构的整体承载抗热振能力;利用热振联合地面试验系统,在飞行状态地面模拟条件下,对测热部件进行了热振联合试验考核,验证了测量结构的安全性和可靠性。地面热振联合试验和飞行试验结果表明,该型转捩测量结构可承受飞行条件气动加热和振动环境,能迅速地响应和准确地反映气动加热环境热流的变化,可准确捕捉飞行条件下高超声速边界层转捩现象。获取的热流转捩测量数据,可为高超声速转捩预测计算模型提供校准数据。     

单通道鸭舵控制的弹道修正火箭弹传递函数研究

为更好地对弹道修正技术的制导控制进行研究,以弹道修正火箭弹的传递函数为研究对象,重点解决弹道变化量与控制变量的传递关系,实现对弹道偏差量的准确反馈;根据弹道扰动方程和自动控制理论,结合比例导引算法,求解出单通道鸭舵控制弹道修正火箭弹的传递函数;采用传递系数对弹道倾角变化量与舵偏角度的关系进行了解析,在理论上分析了影响弹体传递系数的主要影响因素。通过仿真验证分析了不同的影响因素下传递系数的变化。结果表明:理论分析是正确的,不同舵机结构传递系数的主要决定因素是舵片的布局和结构,不同飞行弹道下传递系数的主要决定因素是空气密度,为制导控制系统的设计与优化提供良好的理论支持。     

平流层飞艇光电探测望远镜关键技术分析

介绍了光电望远镜试验平台的研究现状,对地基、天基、机载、气球平台望远镜的性能与特点进行分析和总结。大口径光电望远镜的观测质量受地球大气湍流和大气吸收的影响,有其极限探测能力,而大部分大气扰动发生在大气最底层的对流层。平流层飞艇光电望远镜不受对流层大气扰动的影响,其分辨力可显著提高。在此基础上提出平流层飞艇光电望远镜发展需突破的关键技术,涉及材料、控制、能源、高能物理、光学技术等方面。     

平流层飞艇定点驻留控制分析与仿真

作为临近空间飞行器的一种，平流层飞艇越来越受世界各航空航天大国的重视。从平流层的环境特点出发，分析实现飞艇的定点驻留所需要解决的姿态控制、动力控制、浮力控制和位置控制等4类关键技术。然后，根据飞艇的运动特性，对飞艇的定点驻留能力进行仿真。     

数字景像匹配图模拟生成的建模与仿真

分析了影响自然环境和人造建筑航空成像的各种因素,按照大气传输的基本规律,建立了数字景像匹配图模拟生成的数学模型,提出了仿真系统研制的设计方案。针对图像增强型CCD相机,研究了其成像机理,完成了基于大气软件LOWTRAN-7计算内核的成像仿真系统的研制。利用数字高程数据、场景表面的材料库、气候信息和实体几何模型,该系统可对成像过程进行基于图像的动态仿真,并可大量模拟不同气候下的景像匹配图。