基于动压剖面的再入弹道解析解

针对升力体飞行器滑翔再入的飞行特点,提出基于动压剖面的再入弹道解析方法.首先,推导基于动压和高度历程的质点动力学方程,并给出已知动压剖面求弹道的解析算法.其次,根据飞行任务把滑翔再入过程分成初始下滑段和准平衡滑翔段,通过动压规划设计准平衡滑翔段弹道.最后仿真表明基于动压剖面的弹道设计方法能满足滑翔再入的飞行任务和飞行约束.     

最小动压约束下的全程轨迹优化设计方法

针对在包括最小动压约束在内的多约束飞行条件下的机动飞行器轨迹优化问题,建立了利用hp自适应伪谱法的飞行器轨迹优化问题求解方法。仿真分析了在无动力飞行时,最小动压约束对各状态变量的影响以及在最小动压约束下,不同分离点参数对飞行轨迹产生的影响。为提高飞行器性能指标,提出一种利用伪谱法的主动段和无动力段全程轨迹联合优化设计方法。仿真结果表明,相较于分段优化,该方法能够提高飞行器最大射程。     

中远程火箭被动段飞行参数的一种预示方法

对中远程火箭，在地面冲量发射、椭圆弹道和最小能量弹道的假设条件下，再入段在“直线弹道”的假设条件下，对给定射程提出了一种预示再入飞行器被动段飞行参数的近似解析计算方法。再入飞行器被动段飞行参数包括：被动段飞行时间；最大飞行高度；再入初始飞行速度与弹道倾角；最大轴向过载系数与最大动压及它们的发生高度；驻点最大外压、最大热流与总加热量；球头最大热流与总加热量；锥面最大外压、最大热流与总加热量；再入段飞行时间等。     

助推滑翔导弹对地攻击快速下压弹道设计

为了研究助推滑翔导弹针对地面固定目标的快速打击方法,通过受力分析,提出一种新的弹道下压段俯冲弹道模型。采用翻身下压的飞行方式,使导弹主升力面朝下,弹道下压过程中以正攻角下压为主,延后并缩短了负攻角的使用时间,获得了更快的弹道下压速率。以美国CAV-H为研究对象,利用高斯伪谱法进行弹道仿真计算,并与传统弹道下压方式进行对比。结果表明,与传统弹道下压方式相比,翻身下压具有更高的弹道下压效率及在高速飞行的高热流区保持正攻角飞行的特点。对于采用腹部防热设计的助推滑翔导弹,在实现弹道快速下压的前提下,有效杜绝了热流向背部蔓延,提高了俯冲攻击过程中导弹的安全性。     

目标机动对高超声速反舰导弹下压段导引特性的影响分析

在分析高超声速反舰导弹下压段弹道特点的基础上,建立下压段导弹质心运动方程以及目标运动模型,并以满足落角约束的最优导引律作为下压段的导引律,分析目标机动对高超声速反舰导弹下压段整体弹道规划、飞行速度、攻角、弹道倾角、法向过载和动压等的变化规律的影响。通过仿真得出,水面舰艇目标的机动对高超声速反舰导弹下压段的弹道变化规律影响很小,但仍要充分考虑目标机动对导弹过载、动压等约束条件的影响。     

高超声速滑翔飞行器再入拉起段弹道优化设计

针对高超声速滑翔飞行器"跳跃滑翔"飞行时再入拉起段高度跨度大、大气密度变化剧烈的恶劣环境,提出基于高斯伪谱法的高超声速滑翔飞行器再入拉起段弹道规划方法。首先建立高超声速飞行器动力学模型,确立约束条件,然后选取驻点热流最小为目标函数,并根据再入拉起段环境将弹道分成两段,采用高斯伪谱法建立连接条件并分段优化。结果表明,该方法计算速度快,拟合的弹道满足各种约束,并且控制量变化平缓,实际飞行中容易实现。     

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。     

空射近空间飞行器助推弹道规划方法

为研究空射近空间飞行器低弹道快速入轨弹道规划问题,将空射近空间飞行器助推弹道分为投放段、一级飞行段、无动力滑行段、二级飞行段。一级飞行段采用最大可用过载快速拉起; 二级飞行段纵向剖面采用基于分段多项式的参数化控制方法,二级飞行段横向剖面设计了基于三角函数的参数化能量管理; 形成了多段多约束参数化助推弹道规划模型,采用改进粒子群算法对该问题进行求解。仿真结果表明:规划弹道满足过载、控制及分离等各类约束条件; 该方法具有很高的求解精度和较快的求解速度,能获得满足不同交班需求的参考弹道。     

一种空射火箭减载轨道设计方法

空射火箭在稠密大气层飞行时受载荷约束显著，且大攻角的飞行特点使得传统轨道设计中利用攻角动压积来表征载荷的方法不再适用。提出了适用于空射火箭轨道设计过程的载荷表征手段，在轨道设计模型中加入特征截面的载荷约束，使得轨道设计时对攻角剖面的调整能够准确反应飞行轨道与载荷的耦合关系，通过一体化优化快速获得满足多约束的最优轨道。推导了空射火箭动力学和运动学微分方程，给出一级飞行段典型程序攻角设计剖面，推导了参与轨道迭代设计的特征截面载荷计算公式；结合hp自适应伪谱法，使用典型算例说明本方法的有效性。研究表明，本方法可减小解耦以及设计量降维造成的可行域损失，并提高了设计效率。     

基于侧喷流直接力技术的运载器姿态控制方法

侧向喷流直接力控制技术已在大气层外动能拦截器和大气层内防空导弹中得到成功应用.运载火箭作为跨大气层飞行器,可以尝试采用该技术进行姿态、轨道控制.介绍了一种由侧向喷流发动机作为姿态控制执行机构的运载器,建立了运载器在大气层外飞行条件下的姿态动力学模型并设计了姿态控制规律.仿真结果表明,在姿控发动机存在安装误差的情况下,所设计的控制规律可以实现对运载器姿态的控制,通过选择控制器参数改变系统的响应特性可以满足迅速、精确、稳定地控制系统的要求.由此可见,采用侧向喷流直接力姿态控制系统能够完成运载器姿态控制任务.     

高超声速飞行器制导控制及一体化设计方法

针对高超声速飞行器制导与姿态控制问题,从慢回路质心制导、快回路绕质心姿控、制导控制联合设计和制导控制一体化设计四个层面对高超声速飞行器制导控制方法进行了总结综述。基于当前各国高超声速飞行器的发展脉络和高超声速飞行器典型飞行特点归纳总结制导与姿态控制方法的重难点;以飞行阶段为准则分别阐述了高超声速飞行器助推段、滑翔段和俯冲段的制导策略及其内涵,结合现代控制理论剖析了已成功用于高超声速飞行器姿态控制的非线性控制过程;基于已公开的有限数目的文献,对高超声速飞行器制导控制联合设计和制导控制一体化设计方法进行了分析。最后,对高超声速飞行器制导控制一体化全集成设计的思路和趋势进行了探索总结。     

吸气式高超声速飞行器制导与控制方法综述

吸气式高超声速飞行器飞行于临近空间环境,飞行速度和高度跨度范围大,气动特性和飞行参数变化剧烈,其动力学模型存在高非线性、强耦合性和不确定性等特点,同时轨迹设计受热流率、动压以及过载等多项约束,给制导和控制系统设计带来挑战,成为当前研究的热点.分析了各种吸气式高超声速飞行器制导和控制方法的特点不足.     

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.     

高超声速飞行器六自由度建模及耦合特性分析

针对高超声速飞行器进行无动力再入建模及耦合特性分析。基于空天飞行器在高超声速状态下的气动力及气动力矩参数数据,采用神经网络拟合并建立气动参数模型。分析了飞行器在最大升阻比下飞行时舵机对弹道的耦合特性,以及气动力对姿态角速度、姿态角速度通道之间的耦合特性。仿真结果表明高超声速飞行器模型是一类参数时变、强耦合的复杂非线性系统,该模型可用于弹道优化、制导律及姿态控制等问题的设计及研究。     

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。     

滑翔飞行器弹道在线规划及制导技术研究

针对目前弹道在线快速规划及制导方法的不足,充分借鉴离线弹道规划方法和拟平衡滑翔弹道在线规划方法的优点,并与跟踪制导方法相结合,提出了一种应用于滑翔飞行器的弹道在线快速规划方法及制导方法,有效提高了长时间滑翔飞行器大气层内飞行的自主性和灵活性。结果表明:弹道在线快速规划方法可以在弹载计算机上快速生成一条远程飞行轨迹,制导方法对规划出来的标准弹道的跟踪效果较好,适应偏差能力强。弹道在线快速规划及制导方法简单可靠、容易实现,具有较好的工程应用价值。     

柔性充气空间飞行器姿态控制系统设计

针对充气空间飞行器刚柔耦合影响下的高精度姿态控制问题，提出基于自抗扰控制理论的姿态控制系统设计方法。建立刚柔耦合动力学模型，综合采用线性自抗扰控制、姿态机动路径规划、脉冲调宽调频调制、滤波处理等控制策略进行柔性充气空间飞行器姿态控制系统设计。通过数值仿真实验对所设计系统进行验证，并与传统PID控制进行对比分析。仿真结果表明，采用新方法设计的柔性充气空间飞行器姿态控制系统可以适应大角度姿态机动，能够有效抑制充气囊体的柔性振动，在节省燃料消耗的同时实现高精度姿态控制。     

基于免疫克隆选择算法的爬升飞行方案优化设计

无人飞行器的爬升段弹道设计是一类较为复杂的非线性问题,需要进行优化设计。分析了爬升段弹道飞行的主要约束条件,应用非均匀B样条(Non-uniform B-spline,NUBS)方法对爬升飞行方案进行了参数化处理,基于结合非一致性变异和自适应变异的免疫克隆选择算法设计了爬升段弹道的优化方案。仿真结果表明,优化后的飞行方案可以使无人飞行器在短时间平稳地爬升至指定高度并转入平飞,且各项参数满足约束条件要求。     

带落角约束的高超声速飞行器轨迹仿真研究

针对某高超声速飞行器末制导段攻角非负及大落角约束要求,提出"BTT180控制方法+具有落角约束的最优制导"组合制导方式。在末制导初始段,采用BTT180控制方式实现飞行器的翻身下压,解决了攻角非负的约束要求;选择具有角速率反馈形式的最优制导律,实现攻击末端大落角的约束要求。对不同初始高度和约束落角以及垂直攻击时不同初始弹道倾角下的飞行轨迹进行仿真分析,结果表明该组合制导方式使飞行器在命中目标的同时,满足攻角非负及落角约束要求,验证了该制导律的有效性和准确性。     

大角度机动飞行器变结构姿态控制设计研究

在大姿态角的情况下,飞行器姿态运动的非线性因素和耦合因素不能忽略,传统的近似线性化方法在姿态控制设计中难以满足各种性能要求.同时,飞行器运动参数存在大范围变化,姿态控制系统的设计必须能够克服参数摄动的影响.文中首先运用输入输出反馈线性化方法,将飞行器姿态运动方程组线性化并且解耦成经典的单变量系统,然后运用滑模变结构"界值"控制,实现飞行器的姿态角跟踪控制系统设计.仿真证明设计是有效的.