尾翼式柔性弹箭飞行稳定性研究

建立了低速旋转的尾翼式弹箭飞行运动和柔性弯曲变形耦合的动力学模型和一般运动方程组，以梁的弯曲理论为基础，推导了柔性弹箭的弯曲变形方程，在准静态变形条件下推导出了柔性弹箭的攻角运动方程，并由此获得了尾翼式柔性弹箭的静态稳定性条件和动态稳定性条件，从中可以看出柔性变形对弹箭飞行稳定性的影响，为大长细经弹箭的设计提供了重要的理论依据。     

柔体弹道中弹轴运动微分方程组

从弹箭空间六自由度运动和动态变形耦合的动力学模型出发 ,利用振动模态方法对弹体的柔性变形和动态变形耦合的动力学模型出发 ,利用振动模态方法对弹体的柔性变形和动力学方程组进行了分析 ,得到了柔体弹道的模态化方程组 ,以此为基础推导了弹轴摆动和弹性振动耦合的运动微分方程组     

弹箭非线性角运动稳定性Hopf分岔分析

为了分析弹箭的角运动稳定性,推导了弹箭的非线性角运动方程组,给出弹箭的非线性角运动Hopf分岔分析方法。以某型火箭弹高原试验为例,选取空气密度作为分岔参数,采用霍尔维茨判据判断了系统的稳定性,并确定了分岔点。由中心流形定理对系统进行降维,计算了Hopf分岔的3阶规范形,并作出了系统的分岔图,分析了分岔参数对极限环摆幅的影响。进行了仿真验证,结果表明,采用分岔分析方法能准确判断系统的稳定性及分析系统的极限环运动。     

柔性弹箭飞行力学建模研究

结合传统弹箭刚体飞行动力学理论,基于大运动弹性体浮动框架建模方法,采用混合坐标建立了飞行力学模型,该模型考虑了柔性弹箭惯量矩阵时变效应,通过小参数摄动法确定了柔性变形引起的空气动力变化.采用了合适的浮动框架--线性化Tisserand框架,使得浮动框架引出的约束方程自动满足,飞行力学求解由微分代数混合方程组化为微分方程组;通过分析变形运动方程,给出了在转速变化较慢的被动段时系统临界状态的条件和临界转速.     

弹箭非线性角运动周期解稳定性分析

为了分析和计算弹箭非线性角运动周期解的稳定性,推导了弹箭的非线性角运动方程组。以某型火箭弹高原试验为例,计算了立方马格努斯力矩系数取不同值时的角运动相图和庞加莱截面图; 通过Poincare映射计算了线性马格努斯力矩系数作为分岔参数时的分岔图; 利用推广的打靶法计算了角运动周期解的幅值和周期,结合Floquet理论分析了周期解的稳定性。结果表明,在高空低密度的情况下,考虑非线性马格努斯力矩系数后,当马格努斯力矩系数达到一定范围时,火箭弹角运动由零平衡位置分岔出稳定的周期运动。     

弹箭在直升机旋翼下洗流场作用下运动规律研究

本文详细分析了弹箭在直升机旋翼下洗流场作用下所受的力及力矩，推导并获得了各力及力矩的表达式，在此基础上建立了弹箭在直升机旋翼下洗流场作用下的数理模型。通过数值仿真获得了弹箭在该下洗流场作用下的运动规律以及部分参数对弹箭运动的影响规律。研究结果为弹箭的弹道控制与修改提供了依据，具有重要意义。     

旋转尾翼弹箭极限圆锥运动稳定判据

为获得旋转尾翼弹箭极限圆锥运动稳定判据,针对现有理论方法的不足,提出了改进理论模型。该模型通过对弹箭在准圆运动状态下的振幅平面方程进行泰勒展开,从而充分考虑幅值变化对振幅平面方程中根号项取值的影响;在此基础上,根据不同参数取值情况,对其非零奇点的存在性和稳定性进行分析,导出了弹箭在非线性静力矩和非线性马格努斯力矩作用下形成稳定极限圆锥运动的解析判据,并给出两条仅与攻角方程初始参数相关的综合判据条件J₁>0和J₂>0;以某型旋转尾翼弹箭气动及结构特征参数为例,对所得理论判据进行了验证。研究结果表明,给出的稳定极限圆锥运动形成判据,与现有理论结果相比,更为全面且明确,利用所得判据条件,可方便准确地对弹箭极限圆锥运动特性进行分析判断。     

末敏弹二体运动模型计算中伞绳张力的求解

推导了末敏弹二体运动模型计算中伞绳张力的表达式，先建立伞体和弹体各自的质心运动方程组，再由伞弹连接点是伞弹共同这一约束出发，建立联系方程，最后求出伞绳张力，并将它代入末敏弹系统完整的运动方程组，联立求解，计算结果与试验实测结果有很好的一致性。     

建立弹箭储存寿命评价技术的构想

从环境试验的角度论述了建立弹箭储存寿命评价技术的必要性，提出了建立弹箭储存寿命评价技术需开展的研究工作和研究内容，以及建立弹箭储存寿命评价技术的技术思路和实施途径，分析了建立弹箭储存寿命评价技术的经济效益和社会效益。     

三自由度弹箭角运动模拟装置

国内外已经研制了多种弹箭角运动模拟装置,但大部分是一自由度或者两自由度,即使是三自由度的,其负载也是有限的,或者转速过低.依据弹箭外弹道运动中,初始攻角不为零情况下角运动的数学模型,研制了能够模拟弹箭三个角运动(进动、章动、自转)的模拟装置.并使用ADAMS软件仿真,验证了该三自由度半实物模拟装置运动轨迹与弹箭摆动方程攻角的变化规律一致,可作为引信和其他弹上设备研制的试验平台.     

两栖车辆在波浪中航行时的摇荡分析及解决方法

基于船舶的耐波性理论,对两栖车在波浪中航行的摇荡问题进行了研究。选取5种两栖装甲车辆进行分析。通过试验和计算得到其横摇、纵摇及垂荡的固有周期和阻尼系数,进而对其3种摇荡的微分方程进行求解。通过计算结果,分析在不同蒲福风级下的3种典型摇荡,提出了所选取的5种车辆在波浪中航行时避免产生剧烈摇荡的方法及在使用中的可行性建议。     

新型随控布局水下航行器近水面运动非线性模型研究

采用随控布局的新型水下航行器配备有多个不同方向的推进器,实现了直接升力控制和直接侧向力控制,具有巡航和悬停2种运动模式。文中详细分析并建立了不同运动模式下的流体动力模型以及环境因素的扰动作用模型,建立了新型水下航行器的6自由度非线性低频运动模型以及波浪作用下的高频运动模型,并进行了计算机仿真。仿真结果表明,该模型不仅可以模拟航行器的巡航以及悬停运动状态,还可以描述航行器的低频运动和高频运动状态,为航行器近海面运动的控制系统设计与仿真提供了参考。     

AUV Load Separation Motion with Constraint of Anchor Chain

Motion equations of AUV（autonomous underwater vehicle） load separation with the constraint of anchor chain is derived. Based on proper engineering assumptions for anchor chain, system viewpoint is used to found the motion equations, and the D＇ Alemhert principle is used to eliminate the constraint force of anchor chain. Based on the equations, the motion simulation is carried out to a certain AUV, which reflects the actual condition, and is used for the reference of resrarching AUV load separation motion with the constraint of anchor chain.     

重复使用运载器再入动力学建模研究

通过对重复使用运载器再入动力学建模技术的研究,提出以再入飞行器导航常用的WGS-84世界大地坐标系为参考,在北天东坐标系建立飞行器再入质心动力学方程和描述飞行姿态的建模方法,建立可兼顾再入返回和高精度着陆需求的通用刚体动力学模型;借鉴运载火箭与导弹等弹性飞行器动力学模型的应用经验,提出混合坐标法,首先用准坐标系描述飞行器等效刚体的刚性平动和转动,然后用有限元理论描述弹性飞行器相对于等效刚体的复杂弹性振动,最后利用弹性变形引起的附加攻角和侧滑角产生的附加力和力矩体现刚体和弹性振动耦合的刚弹耦合动力学模型建模方法,并基于再入通用刚体动力学模型建立适用于面对称重复使用运载器的再入刚弹耦合动力学模型。结果表明:建立的重复使用运载器再入动力学模型充分考虑了地球椭球体和自转的影响,模型物理意义明确,工程实用性强。     

超空泡运动体通气加速阶段非定常过程研究

依据空泡不同闭合形式的气体泄漏规则和通气系统,建立了空泡内气体的平衡方程.给出用于计算运动体姿态的动力学方程,分析了局部空泡及超空泡航行状态的受力特性.综合考虑了空泡内气体平衡、空泡的发展及运动体姿态的耦合方程,给出通气加速阶段数值求解的方法.获得通气加速阶段通气量、助推推力、运动体姿态及航行弹道的关系.随着推力的增加,依靠推力加快加速过程的优势越来越不明显,且对通气系统的性能要求逐渐增加.     

拖缆对水下航行器的操纵性能影响

为探究拖缆对水下航行器的操纵性能影响,基于集中质量法建立了拖缆的动力学方程,利用边界耦合条件,将拖缆首端产生的张力影响计入水下航行器的六自由度运动方程组,建立了拖缆-水下航行器耦合运动模型。通过数值仿真计算,对比分析了拖缆对航行器直航、回转和下潜运动时的操纵性能影响。数值分析结果表明：航行器加装拖缆后,航行器在直航、回转和下潜运动时的速度有所降低;航行器回转运动时,拖缆会减小回转半径;航行器下潜运动时,拖缆降低了航行器的下潜稳定性,且减小了航行器弹道倾角的绝对值,增大了航行器达到预定深度的距离,同时由于航速降低,导致航行器达到预定深度的时间会增加,从而也降低了航行器下潜性能。     

自主水下航行器回旋运动总体参数敏感性分析

为研究总体参数变化对自主水下航行器回旋运动稳定性的影响,针对水下航行器回旋运动总体参数的敏感性进行分析。在建立水下航行器六自由度空间运动方程的基础上,运用MATLAB/Simulink模块对水下航行器的空间回旋状态进行了数值仿真,得到了水下航行器空间回旋运动的规律。对各总体参数,如浮力、重心浮心距、重心下移量、重心侧移量变化对水下航行器的回旋速度、回旋角速度、回旋深度、回旋空间运动等回旋特性的影响进行了数值计算及分析,结果表明:浮力变化对水下航行器运动特性影响不大,重心浮心距变化会使俯仰角发生变化,重心下移量增大会提高水下航行器运行的稳定性,而重心侧移量增大则会降低其稳定性。     

高超声速飞行器H_∞鲁棒跟踪控制研究

针对高超声速飞行器巡航飞行控制问题,提出一种基于H∞的鲁棒控制方法。建立基于平衡点的线性不确定模型,将轨迹跟踪问题转换为一类H∞控制问题。在状态和控制输入不确定项满足匹配条件下,基于鲁棒稳定理论和线性矩阵不等式技术,推导出满足闭环系统内部稳定且满足一定控制性能的反馈增益选取条件。通过对非线性多变量高超声速飞行器纵向模型的轨迹跟踪仿真表明,所研究的控制方法可以确保对速度和高度指令的响应效果,并对模型中存在的参数摄动具有鲁棒性。     

柔性飞行器飞行动力学与结构动力学耦合分析方法

柔性飞行器的刚体运动和弹性变形相互之间存在耦合影响.为实现柔性飞行器的运动和结构内力的耦合求解,利用Lagrange方程推导柔性飞行器的刚体运动弹性变形耦合方程,其中弹性变形部分利用柔性体的弹性模态来描述;通过算例研究柔性对飞行器运动轨迹和姿态的影响以度刚体运动对结构内力的影响,验证了刚体运动方程和结构动力学方程耦合求解的必要性.     

基于滑动参数实时估计的履带车辆运行轨迹预测方法研究

要实现履带车辆的无人驾驶,在轨迹规划阶段需要准确预测其未来一段时间内的运动轨迹,然而履带与地面之间的滑动使车辆运动轨迹的准确预测变得非常困难。通过研究转向过程中履带接地段的运动,建立基于瞬时转向中心的履带车辆运动学模型。针对车辆的相对位姿是滑动参数的泛函,雅可比矩阵难以求解的问题,通过对泛函微分方程线性化,推导了雅可比矩阵的解析解。根据车辆相对位置计算值和测量值的差值,运用Levenberg-Marquardt算法迭代求解滑动参数,并结合给定控制序列预测未来一段时间内车辆的运动轨迹。该方法不需要提前知道土壤参数,并且能够实时估计滑动参数,以适应路面变化。实车试验结果表明,与传统轨迹预测方法相比,利用该方法预测车辆轨迹时,车辆位置偏差减少30%以上。