基于脉冲点火弹头平面机动的被动段弹道设计

机动突防是提高弹道导弹生存能力的重要手段之一.提出了一种基于脉冲点火的弹头平面机动的被动段弹道设计一般方法,该方法不同于经典方法和其他弹头机动弹道设计方法.由这种方法设计出来的弹道是由几条曲线段拼接而成.推出了限制点火约束方程的一种更简单形式,描述了解限制点火约束方程的方法,给出了2个仿真实例.仿真结果显示基于脉冲点火的弹头平面机动可提高导弹抵御反导系统的能力,证明了该方法的可行性.     

弹道导弹在被动段突防的平面脉冲式变轨方法

提出了一个基于脉冲式变轨的弹道导弹突防的方法,利用此方法设计的弹道是由几条不同的椭圆弧段组成,这种弹道不同于经典弹道和其它弹头机动弹道.给出了限制脉冲点火的约束条件,在理论上证明了在点火约束条件下弹道导弹沿着脉冲弹道飞行能命中被打击目标并且不会被敌方拦截.给出了一个仿真实例.仿真结果显示,用该文方法设计出来的弹头机动弹道具有好的突防效果,这说明所提出的弹头机动弹道设计方法是可行的.     

机动弹头引入段弹道优化设计

建立了机动弹头再入弹道的数学模型,该模型要求在满足热流约束的条件下,寻找一个攻角控制规律作为输入来使得弹道最优.采用遗传算法对此问题进行优化计算,并设计了一种适当的惩罚函数将其转化为无约束问题,提高了求解效率,得到了全局最优弹道和相应的初始伴随变量.实例计算结果表明,数学模型正确,计算方法可行,在满足热流约束的条件下可以求解出最大终端速度弹道.     

再入机动弹头速度方向制导律设计及仿真

建立了再入机动弹道模型,设计了基于非线性系统精确线性化理论的再入机动弹头速度方向的时变最优制导律,实现了机动弹头速度方向的控制,通过三自由度机动弹道仿真证明该制导律是可行的。     

返回式滑翔飞行器最小航程轨迹优化方法

针对返回式滑翔飞行器在高马赫状态下的落区和航程难以大幅度调节的问题,采用Gauss伪谱法和序列二次规划法进行轨迹优化,实现最小航程设计;提出了航程压缩比的概念,建立了动力学模型和飞行约束体系,以类CAV-H飞行器为对象进行了仿真。研究表明,低空速度消耗和空间机动有益于减小航程;在指定纵平面内可将最小航程压缩至最大航程的42%;当落区在指定航向上且飞行器可偏离纵面做机动时,飞行器可返回离轨原点;通过轨迹优化,可以调节返回式滑翔飞行器的航程从而控制其落区范围。     

机动弹头引入段弹道优化设计

建立了机动弹头再入弹道的数学模型，该模型要求在满足热流约束的条件下，寻找一个攻角控制规律作为输入来使得弹道最优．采用遗传算法对此问题进行优化计算，并设计了一种适当的惩罚函数将其转化为无约束问题，提高了求解效率，得到了全局最优弹道和相应的初始伴随变量．实例计算结果表明，数学模型正确，计算方法可行，在满足热流约束的条件下可以求解出最大终端速度弹道．     

SINS/GPS制导航弹多约束条件下复合制导律设计

针对SINS/GPS航弹无动力飞行和高度测量误差较大的缺点,设计了基于最大升阻比的中制导律,利用最优控制理论设计了一种带落角约束的末制导律,运用遗传算法对末制导律参数进行优化,达到滑翔增程的目的,并使制导航弹以陡峭的弹道攻击目标,消除高度误差对制导精度的影响。仿真结果表明,滑翔段弹道平缓,增程效果显著;俯冲段弹道陡峭,着地时弹道倾角接近-90°。     

助推-滑翔导弹弹道优化与总体参数分析

为解决助推-滑翔导弹的弹道设计与性能分析问题,提出了一种分段优化的全弹道设计方法.利用工程估算方法估算导弹的助推器参数,建立了弹道优化模型,将全弹道分为主动段和滑翔弹头飞行段,分段进行弹道优化.采用Gauss伪谱法将弹道优化问题转化为非线性规划问题,采用序列二次规划(SQP)等数值方法进行求解.仿真结果表明,Gauss伪谱法处理此类多阶段多约束的弹道优化问题效果较好,最优弹道起伏较小,控制量变化平滑,各项约束都得到满足.利用弹道优化分析了起飞质量、主动段终端倾角对导弹射程的影响,并与弹道导弹进行了比较,结果表明,助推-滑翔导弹在增程方面具有较大优势.     

洲际助推-滑翔导弹弹道优化与分析

为了得到洲际助推一滑翔导弹的最优弹道,给出了弹道分段准则,分析了适合的弹道形式;建立了纵平面运动模型、推力模型、气动模型与气动热模型.针对其弹道优化问题,在考虑级间分离、跨声速区、控制、动压、法向过载、突防、弹头鼻头滞点热率与壁温等约束条件下,建立了助推段与滑翔段的多约束多阶段弹道优化模型.利用直接打靶法将此最优控制模型转化为非线性规划问题,并采用序列二次规划算法进行解算.仿真给出并比较了3种情况的弹道优化结果.分析表明,助推-滑翔-弹跳弹道更适合于尖鼻头洲际助推-滑翔导弹.     

优化弹头引信外形增大小口径亚音速弹射程

针对头部引信外形影响35mm口径亚音速榴弹弹丸最大射程的问题,提出了优化弹头引信外形,增大小口径亚音速弹射程的方法。该方法是在原弹头引信外形基础上提出了4种引信头部外形优化设计方案,利用FLUENT软件对配用这5种外形的引信弹丸空气阻力特性进行仿真,并利用Origin Lab软件对其阻力系数进行Logistic曲线拟合,最后解算外弹道得到各方案弹丸的最大射程。结果表明,引信头部外形以母线为准抛物线形外形,减阻增大射程效果最为明显(增程约为7.4%),准球头外形方案也是可选方案(增程约为6.6%)。     

一种近空间高超声速飞行器的制导律设计与仿真

为了实现一种由助推、近空间巡航和俯冲攻击组成的高超声速飞行器攻击弹道以对付具有大机动能力的目标,采用粒子群优化方法一体化设计高超声速飞行器的固体火箭助推器和助推弹道;巡航段水平面内采用一种3维虚拟目标比例导引律,纵向平面内基于非线性系统奇异摄动理论和虚拟目标导引方法设计一种次最优组合制导律;俯冲攻击段基于随机跳变系统理论设计一种最优制导律.3维全弹道仿真结果表明所设计的制导律合理,中制导律能够有效衔接助推段和俯冲攻击段,末制导律能够有效实现攻击大机动目标的制导任务.     

高超声速飞行试验助推段弹道优化方法

为减小高超声速飞行试验助推段飞行环境的恶劣程度,提出了一种生成三自由度最优弹道的方法。采用基于攻角编码的遗传算法,并用三次样条对攻角-时间历程进行平滑处理。优化过程首先搜索满足窗口参数的可行解,然后以攻角范围、最大动压、最大法向过载等参数为目标函数,以窗口参数为约束,搜索飞行环境恶劣程度最低的最优化弹道。计算结果表明,该算法能够避免理论弹道中存在局部高风险阶段的情况,并具有良好的鲁棒性。     

变后掠翼航弹滑翔弹道优化设计

为增强变后掠翼航弹的滑翔能力,研究了一种变后掠翼航弹的滑翔弹道优化设计问题.分析了变后掠翼航弹的气动特性,将弹道优化问题转化为最优控制问题,利用最小值原理,推导了滑翔段飞行距离最大的必要条件,在此基础上采用粒子群算法对攻角及后掠角进行寻优,形成了一种基于攻角与后掠角双变量控制的弹道优化设计方法.数值仿真算例表明,在满足状态方程约束的条件下,双变量比固定外形和常规单变量控制的航弹射程显著提高,寻优结果符合气动特性分布规律,通过最优控制和粒子群算法优化弹道的方法是可行的.     

基于Gauss伪谱法的滑翔弹道快速优化

针对远程精确制导炮弹弹道优化问题,给出了一种基于Gauss伪谱法的滑翔弹道快速优化方法。以制导炮弹飞行时间为性能指标,考虑一阶动力学滞后,引入虚拟控制量,并将其作为优化变量,为保证攻击效果,对滑翔末端弹道倾角和速度值进行了约束,建立了纵向平面内弹道优化模型。利用Gauss伪谱法对状态量和控制量进行了离散,将最优控制问题转换为非线性规划问题,并利用序列二次规划法对其进行了求解,最后将求解结果与传统的直接打靶法进行了对比。结果表明,该方法具有较高的优化效率,能够快速计算出满足各种约束的滑翔弹道,具有在线优化的潜力。     

虚拟导引方法在再入滑翔弹道优化中的应用研究

针对飞行器再入大气层后的滑翔弹道，建立了飞行动力学模型，采用设置虚拟目标的导引方法进行优化。提出了几种调控弹道形式和射程的途径，并结合具体算例进行了弹道仿真，具体分析了虚拟目标位置、比例导引系数、攻角等参数对弹道弯曲程度、过载、热流、射程等方面的影响规律，说明综合考虑这些因素可得到理想的弹道优化的结果。     

高超声速巡航气动参数/轨迹联合优化与算法比较

针对高超声速稳态巡航飞行的气动参数/轨迹联合优化问题,设计了嵌套形式的两级优化器。其中,内层优化器针对巡航轨迹进行优化,优化算法选用序列二次规划算法(Sequential Quadratic Programming,SQP);外层优化器基于巡航轨迹的优化结果,对气动参数进行优化,分别采用序列二次规划算法、遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和基于两者的混合算法进行优化。对整个联合优化问题进行了描述,对嵌套联合优化的方法优势和流程进行了说明。给出了嵌套优化器在内外2层的优化模型,包含设计变量、目标函数和约束条件。最后,进行了多组联合优化仿真,得到了巡航航程随升阻比提高的优化幅度曲线。同时,对不同外层优化算法下的优化全局性、计算效率等进行了对比分析,并结合各方法的优缺点,给出了实际优化问题中优化算法选用的建议。     

多目标时空同步协同攻击无人机任务分配与轨迹优化

针对复杂战场环境下分布式无人机对多目标协同打击任务,提出多目标攻击的任务分配与轨迹优化算法。建立典型多目标打击的任务场景和无人机模型;基于Delaunay三角形理论,以禁飞区为节点构建搜索地图;运用A^*算法实现威胁最小的单机路径搜索;在无人机动力学约束和能耗损失最小的基础上,引入时间调节因子,采用基于贝塞尔曲线的分布式无人机时空同步轨迹优化方法,得到对多目标同时打击的优化轨迹;设计轨迹跟踪控制器,对预规划轨迹进行跟踪仿真。仿真结果表明,多目标攻击的任务分配与轨迹优化方法能够对多目标实现多角度、时空同步、分布式协同打击,且对噪声及阵风等具有较强的抗干扰能力。     

可重复使用助推飞行器轨迹优化研究

在充分调研国内外轨迹优化方法的基础上,针对可重复使用助推飞行器飞行过程中有一段大攻角飞行且期间还需进行一次大角度翻转的飞行模式,以俯仰角为最优控制量,采用直接打靶法和序列二次规划法,选择速度作为过渡量,将分离点至再入结束点的飞行过程分为调姿转弯段和再入段进行优化.分析了过渡速度和分离点处弹道倾角的取值,得到了较为合理的过渡速度和分离点处弹道倾角的取值范围,进行了该飞行过程的全段轨迹优化.仿真结果表明本文给出的优化策略能较好地获得一条满足约束条件的优化轨迹.     

寻的防空导弹的一种弹道优化方法

为保证雷达寻的防空导弹遇到目标时脱靶量最小,分析了影响导弹视线角速度诸因素,以命中时导弹需用过载最小为条件,得到了纵向加速度和重力2项优化因子,以补偿它们带来的视线转率和弹道弯曲,实现了比例导引规律的弹道优化.仿真表明该方法对高空、高远弹道的改善效果明显,弹道变得较为平直.该方法在工程上易于实现.