长征五号运载火箭在线调姿规划方法

长征五号火箭末级飞行段采用迭代制导控制方式,程序角在线规划生成,终端程序角不再是标准弹道程序角.由于迭代制导程序角终端值不固定,传统火箭使用的转动固定角度的调姿方式不能适用,因此调姿段需要采用在线规划的调姿方式.提出"三通道程序角在线调姿规划"和"程序四元数在线调姿规划"两种在线调姿规划方法,分别对三通道程序角和程序四元数进行在线实时规划,实现了起始姿态不确定、终端姿态确定情况下的火箭调姿.     

一种超音速火箭靶弹程序角优化方法研究

针对方案制导超音速火箭靶弹平飞段供靶性能优化问题,提出了一种俯仰程序角优化方法。考虑靶弹弹道始末端点约束及平飞段性能约束,在火箭靶弹纵向飞行平面内建立起俯仰程序角优化设计模型。基于Gauss伪谱法将飞行过程约束转化成对俯仰程序角的约束,将最优控制问题转换为对俯仰程序角的非线性规划问题;利用序列二次规划算法求解。仿真结果表明,该方法能够快速获取最优俯仰程序角,并且具有良好的鲁棒性,为实际工程设计提供参考。     

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.     

基于Kriging模型的QPSO算法在固体运载火箭弹道优化中的应用

应用基于Kriging模型的量子粒子群优化算法研究了固体运载火箭弹道优化问题。该方法利用Kriging方法建立弹道计算近似模型,再引入量子粒子群算法建立了基于代理模型的优化框架。仿真结果表明,此方法可有效完成弹道参数寻优,箭体运载能力提高了38.46 kg,三级一次工作时间减少了27 s。此算法参数设置少,易于实现,能提高运载火箭综合性能,具有一定的工程应用价值。     

基于线性引力场的运载火箭弹道设计研究

为了解决运载火箭末级小推重比情况下最优弹道设计的问题,达到火箭入轨速度损失更小、消耗推进剂更少的目的,采用更加准确的线性引力场模型,通过简化偏航程序角和协态变量,将真空飞行段最优推力方向转换为含有5个约束条件的两点边值问题进行求解,进而通过积分运动方程得出最优弹道.此外,结合运载火箭飞行的特点对迭代初值进行了研究,提出...     

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.     

国外临近空间飞行器全程弹道一体化设计与优化

在传统的弹道分段优化设计基础上,针对国外某临近空间飞行器,提出一种全程弹道一体化设计与优化方法。建立包含助推段、变轨段、滑翔段与下压段的复杂多阶段多约束全程弹道优化模型,采用Guass伪谱法进行参数离散,基于遗传算法与序列二次规划法组成的复合优化算法,实现了全程弹道优化仿真计算。仿真结果验证了多阶段多约束优化模型处理方法的可行性,检验了全程弹道一体化设计与优化算法的有效性,为解决各类弹道优化问题提供了一种新的求解思路。     

火箭弹横向散布的弹道修正技术研究

在火箭弹主动段弹道辨识修正原理的基础上,提出了以脉冲矢量为修正方式,在弹道被动段设置修正火箭弹横向散布的推冲点,以实现修正弹道的方法.该方法根据在主动段末点立即进行一次修正后的炮弹落点的位置,沿实际弹道逐步寻找适当的推冲点.同时以122mm火箭弹为例,根据运动方程建立了其数学模型,并通过仿真证明了该方法是提高命中率的行之有效途径.     

地基导弹空间拦截的弹道设计方法

地基反卫星拦截需要设计拦截弹道。建立拦截弹道主动段弹道计算模型和被动段轨道预测模型,提出被动段普适变量轨道预测算法,给出拦截弹道优化方法。采用一种导弹进行仿真计算,结果表明,只要被动段飞行时间设计合理,所设计弹道能满足空间作战要求。     

基于不确定性的内外弹道联合优化方法

针对飞行器内外弹道设计分离,且设计余量保守,难以获得最优方案的问题,给出一种基于不确定性的内外弹道联合优化设计方法。建立面向联合优化的固体动力模型,将"有偏差无余量"的不确定性优化方法应用于设计过程,给出优化三要素,开发了基于iSIGHT的内外弹道联合优化软件。数值仿真表明,在起飞质量、射程等约束条件不变的情况下,该方法可有效提高飞行器的运载能力。     

基于分解策略的SSO任务发射轨道优化研究

700 km太阳同步轨道为运载火箭弹道设计中典型的发射任务。采用轨迹分解优化策略对此类任务的发射轨道进行研究,分析了中间轨道近地点高度、入轨点真近点角两个约束变量对火箭运载能力的影响,并重点结合气动热流限制对约束变量的取值进行了计算分析。采用的研究思路和得出的结论对于运载火箭上升段弹道的优化设计以及提升运算收敛性和设计效率均有一定的意义。     

地基运载火箭交会空间目标弹道快速优化设计

针对地基拦截器与空间目标交会这一复杂非线性优化问题,研究了基于改进粒子群算法的弹道快速优化设计方法.根据拦截交会弹道特点,设计了飞行程序优化模型,融合粒子群搜索的随机性和递进搜索的高效性,构建了适用于拦截交会弹道设计这类复杂非线性优化问题的改进粒子群算法.采用该改进粒子群算法进行拦截交会弹道仿真,结果表明,该改进粒子群算法计算精度较高,优化耗时较少,能够实现拦截交会弹道的快速优化设计.     

简化弹道设计方法在运载火箭型号论证中的应用

针对运载火箭构型不确定、目标轨道多、最优化设计工作量大的问题,提出了一种简化弹道设计方法。通过简化动力学方程及设计变量,将构型不确定且难以建模的非线性规划问题转变为适用于多种构型且方便寻优的简化弹道设计方法。对运载火箭执行不同的目标轨道任务进行了分析,将所有的任务按照有无滑行段进行了分类,提出了针对不同任务的弹道拼接方法。采用该简化弹道设计方法对CZ-3B和Falcon9 2种不同构型的火箭实际飞行曲线进行拟合,验证了简化弹道设计方法的正确性。     

冷弹射系统动力学响应与油气悬架优化设计

为了提高全轮支撑冷发射时导弹的出筒精度,基于4轴连通式油气悬架导弹发射车,推导出4轴连通油气悬架数学模型并验证了AMESim仿真模型的正确性;建立了基于ADAMS/Simulink/AMESim的联合仿真模型,以发射筒筒口纵向位移均方根值为优化目标,以油气悬架系统的蓄能器容积、初始充气压力和阻尼孔直径为设计变量,选择车体倾斜0°,起竖角为90°这一工况,应用遗传算法进行优化设计。结果表明：优化后筒口纵向位移均方根值降低了61.1%,提高了导弹出筒精度;发射车的俯仰姿态角位移和各轴载荷分配得到较好的改善,发射系统的稳定性得到提高。基于遗传算法的联合仿真方法可同时提高导弹的出筒精度和发射系统的稳定性,并为解决工程实际问题提供参考。     

多管火箭炮射序优化

针对多管火箭武器的射击顺序会对其动态性能造成影响的情况,对多管火箭炮发射顺序的优化问题进行探究.把某火箭炮的发射动力学集成在多学科优化设计软件Isight中,采用Isight软件中自带的多岛遗传算法(MIGA),以火箭弹起始扰动的中间偏差最小作为优化目标对多管火箭武器的射击顺序进行优化分析,计算结果验证了射序优化的可行性.研究结果表明:多岛遗传算法对于求解非凸的、高度非线性问题是一种较好的优化方法.该方法可以为同类型火箭武器射序优化提供参考和依据.     

基于改进遗传算法的电磁轨道炮电源时序优化

针对电磁轨道炮电流波形平稳性的特殊要求,提出了一种基于改进遗传算法的电源时序优化方法。根据脉冲电源时序放电的特点,将电磁轨道炮的工作过程分成相互关联的多个阶段,采用多阶段优化策略。各阶段运用引入了精英保留、自适应变异和交叉3种策略共同作用的改进遗传算法产生新种群,克服早熟及收敛速度慢的缺陷; 优化过程中逐步动态更新缩小设计变量的搜索空间,以进一步提高搜索能力。以使用金属电枢的电磁轨道炮多个脉冲电源时序设计为例进行分析比较,结果表明,该方法不但增强了搜索能力,改善了求解的质量,而且电流波形非常平稳,提高了优化结果的实用性,是确定电磁轨道炮脉冲电源时序的一种有效方法。     

运载火箭垂直回收着陆段制导导航与控制技术研究

子级垂直回收的一项关键技术是制导、导航与控制（Guidance Navigation and Control,GNC）技术。瞄准未来的组合体回收模式,结合现阶段发动机、着陆支架等环节的性能和特点,全面分析了返回过程中最关键的垂直着陆段对控制系统的需求和约束条件,研究了一种针对垂直着陆段的GNC技术,包含高精度导航算法、适应大推重比运载器快速下降模式着陆的凸优化在线轨迹规划与制导算法、适应大静不稳和晃动极零结构的参数优化设计以及基于自抗扰的高精度姿态控制算法。仿真结果表明,提出的技术可以满足设计需求。     

某多管火箭武器射击密集度试验减少用弹量研究

研究多管火箭炮非满管射击密集度试验方法及仿真技术,提出了一种新的减少多管火箭密集度试验用弹量的试验方法。基于虚拟样机的动力学仿真技术和多岛遗传算法(MIGA)理论,建立多管火箭炮发射动力学参数化仿真计算模型,将其集成在多学科优化设计软件ISIGHT框架中,采用MIGA作为优化控制策略,形成了基于等起始扰动偏差思想的多管火箭炮非满管装填射击密集度试验方案。对满管齐射和非满管连续射击方案的起始扰动和射击密集度进行仿真计算。仿真结果表明,两种方案起始扰动相同,系统密集度预测值满足F检验条件,证明提出的非满管装填射击密集度试验方案是完全可行的,形成的非满管连续射击密集度试验方案可减少试验用弹量41.7%.     

基于轨道倾角约束的小行星探测弹、轨道拼接设计研究

设计一个完整的小行星探测轨道方案需要分别对整条轨迹中的弹道段和轨道段进行优化并拼接。目前拼接设计方法中对弹道段终点约束考虑不足、设计效率低。基于实际弹道运算数据计算了指定运载火箭发射弹道对停泊轨道倾角的约束形式,并研究了火箭偏航能力和射向变化对弹道-轨道拼接后无量纲运载能力的影响。结果表明,算例中的健神星探测窗口不适合低轨道倾角发射弹道。考虑一般情况,高轨道倾角发射弹道可以更好适应飞出地球引力影响球的深空探测类任务需求。根据研究结果,提出了对未来深空探测运载火箭的设计需求。     

基于组合粒子群算法的运载火箭弹道优化设计

提出一种基于粒子群算法和方向加速法组合成的PSO-Powell算法,能进行大范围搜索,其最优解具有全局收敛性。在该算法中,对粒子群算法的参数设置进行了改进,提升了其性能,并引入增广拉格朗日乘子法处理优化问题的约束条件,提高了最优解的精度。仿真结果表明PSO-Powell算法应用于运载火箭弹道优化设计具有良好效果,可以提升运载能力,具有一定工程应用价值。