一种乘波外形导弹增程段弹道的最优控制解法

高超音速导弹弹道优化的目的是针对其弹道数学模型,设计方案弹道,寻求一个最优攻角规律使得弹道性能指标最优.为此将弹道问题转化成最优控制问题,通过最小值原理,得到滑翔飞行距离最大的最优弹道的一阶必要条件,采用遗传算法求解了此两点边值约束问题.数值仿真算例表明,在满足状态方程约束条件下,通过最优控制解法和遗传算法求取最优弹道方法可行.     

基于高斯伪谱法的钻地炸弹非线性最优弹道设计

针对钻地炸弹落角大、质量重、机动能力差的特点,文中采用Gauss伪谱法求解了同时满足路径约束和终端约束条件下的过载最小最优弹道.利用全局插值多项式估计将非线性弹道方程转化为离散的代数约束方程,从而将复杂的非线性最优控制问题转化为非线性规划问题.通过仿真对比得出基于伪谱原理的优化弹道全程过载均匀且最低,较好的实现设计任务,体现了文中的最优弹道设计方法的有效性和应用潜力.     

基于分布式并行伪谱-神经网络算法的双脉冲导弹多阶段协同轨迹优化

为求解双脉冲导弹多阶段协同轨迹规划问题,并考虑将分离的发动机壳体投送至安全区域,提出一种基于高斯伪谱法和人工神经网络的分布式并行算法。针对双脉冲导弹两级脉冲的工作特点,将全弹道划分为发射段、爬升段、续航段和制导攻击段4个阶段;为预测分离发动机壳体的落点位置,建立射程预测函数,并利用人工神经网络对该函数进行离线拟合,以提高预测速度;在分布式并行算法中各导弹并行独立求解最优轨迹,并引入飞行时间下界约束保证导弹飞行时间一致性。通过两个仿真算例,将该分布式并行算法与集中式算法进行了比较,仿真结果表明,所提的分布式并行算法对于求解双脉冲导弹多阶段协同轨迹规划问题可得到更优的性能指标,以及更高的求解效率。     

高超声速临近空间飞行器铰链力矩最小俯冲弹道设计

为解决高超声速临近空间飞行器俯冲段铰链力矩过大问题,给出了一种降低铰链力矩的俯冲弹道设计方法.在建立俯冲弹道优化模型的基础上,利用Gauss伪谱法将弹道优化问题转化为非线性规划问题,进而将其作为极大极小优化问题采用序列二次规划方法进行求解,其中优化的初值由按照最优导引方式生成的初始弹道获得.在普通台式机上耗时约2min,获得的优化弹道铰链力矩峰值下降达67%,并且各种约束条件均可满足,采用美国GAV-H飞行器总体和气动参数进行了铰链力矩最小俯冲弹道仿真,分析了最优俯冲起点的选取策略,结果表明,该铰链力矩最小俯冲弹道设计方法具有可行性.     

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.     

一种采用自适应变终止结点的样条求解最优轨迹的新算法

探讨了采用样条函数求解弹道参数最优问题的优越性,提出了一种自适应变终止结点的样条插值新算法,用此算法对制导航弹的弹道轨迹进行优化,得到了非常接近实际最优轨迹的解,从而证明了此算法的有效性.此新算法的优点在于它可用于求解复杂模型的轨迹最优问题,对解决实际工程优化问题具有实用价值.     

基于OpenFOAM的三维内弹道两相流程序开发及其应用

为了克服独立编程实现内弹道两相流程序存在仿真周期长、代码复用率低以及不具备复杂计算域求解能力等缺陷,该文在开源有限体积软件(OpenFOAM)框架中开发了三维内弹道两相流求解器; 对内弹道两相流求解器正确性展开了三方面验证,即压力波捕捉能力验证、全域守恒性验证、内弹道试验验证; 对中心炸管式抛撒系统点传火过程进行了仿真分析。仿真与试验对比结果表明,该文所开发的三维求解器为内弹道问题数值分析提供了高效且具备求解复杂计算域能力的仿真工具。     

基于分布式检测融合技术的水声信号检测方法

研究了分布式检测融合系统的最优检测问题.融合系统由融合中心及多部传感器构成.为了使系统性能达到最优,需要对融合中心的融合规则及各部传感器的判决规则进行全局最优化.文中给出了融合系统全局最优化的必要条件,并给出了求解系统全局最优解的数值迭代算法.仿真结果表明,采用该融合算法对分布式水声信号检测系统进行了优化,可有效提高系统的检测性能.     

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.     

飞行器最优滑翔弹道研究

利用动态规划法研究并求解了飞行器轨迹优化问题.根据最优性原理确定了最优滑翔弹道问题的最优性条件.建立了求解最优控制问题的连续微分动态规划算法步骤.遵循此步骤,对具体问题进行数值求解.计算结果表明,该方法是求解轨迹优化问题的一种有效方法,时飞行器的气动力设计和最优制导律设计有重要意义.     

基于蒙特卡洛仿真和并行粒子群优化算法的携行备件优化

为提高携行备件方案优化模型的准确性和求解的精确度,以遂行远海训练任务的舰艇编队为研究背景,针对优化模型的建立和求解提出了一系列改进措施。在传统优化模型的基础上,分析了虚警和串件拼修对备件的影响,建立了基于携行能力、备件成本、装备可用度、同型号装备群完好率等多约束条件的携行备件优化模型;利用粒子群优化（PSO）算法确定备件的优化配置,利用蒙特卡洛仿真法计算配置方案的保障效能;引入云格计算技术实现PSO算法的并行求解,从硬件性能上提高算法的全局寻优能力;将普通粒子转化为量子粒子实现解的多样化,减小了算法陷入局部最优的危险。案例分析证实了改进措施的可行性和有效性。     

基于斯特兹理论的地空导弹协同作战效能评估

从生存率、武器使用率和交换率三个方面，采用斯特兹理论对地空导弹协同作战效能进行仿真评估。其仿真采用排队模型，包括用户和他们的到来时间、服务者和服务时间、服务过程（并行或串行），以及处理预期队列的方法，而对来袭导弹间隔时间的假定，采用均匀分布的间隔时间。     

超声速多相流数值模拟并行计算研究

为实现超声速多相流动的高效数值仿真。搭建了多机集群分布式MIMD并行计算平台，并基于MPI通信平台开发了计算多相流流场的并行计算程序。对并行计算中网格分区方法、区域网格交界处通信方法及Euler与Larange坐标系间数据传递技术进行了研究。并进行了超声速燃烧多相流动算例的数值验证，比较了并行计算效率。证明了该多相流并行计算方法是高效可行的。     

并行计算在脱壳穿甲弹流场三维数值模拟中的应用

基于三维非结构网格的高精度TVD格式对尾翼稳定脱壳穿甲弹流场进行了数值模拟,在MPI平台上基于消息传递的并行编程模型实现非结构网格上的并行计算,计算结果表明并行计算能有效提高计算速度、扩展计算规模,是复杂流场数值模拟计算的重要手段.     

基于OpenMP的鱼雷制导仿真系统设计

为了提高鱼雷制导仿真系统的并行程度和执行效率,首次将并行编程标准OpenMP和多核处理器引入鱼雷制导仿真系统。首先采用面向对象思想设计了鱼雷制导仿真系统的整体结构框架,分析了仿真系统各任务的特点及其之间的并行关系,在此基础上利用OpenMP对仿真系统进行并行化处理,并将并行仿真系统运行在具有八核处理器的SGI工作站上。仿真结果表明,单步平均解算耗时可以减少到7~8 ms。与其他鱼雷仿真系统相比,该方法较大地降低了仿真解算时间,有效地提高了仿真系统的执行效率。     

化学反应流模拟的并行无网格方法

为进一步扩大无网格方法在复杂化学反应流场模拟中的计算规模,基于MPI(Message Passing Interface)并行环境,发展了耦合有限速率反应模型的并行无网格算法,其流体动力学采用包含反应源项的二维轴对称Euler方程建模,对流通量采用多组分HLLC(Harten Lax van Leer contact)格式计算,时间项运用4阶Runge Kutta法显式推进。分别采用2~8个进程对激波诱导燃烧流场以及高速运动弹丸诱导斜爆轰流场进行了数值模拟,其结果同实验以及网格方法获得的结果吻合较好,并且具有较理想的并行效率,验证了其在复杂化学反应流大规模计算中应用的正确性和有效性。     

基于Simulink的冗余系统可靠性仿真

基于Simulink的冗余系统可靠性仿真,通过调用simulink模块及编写、调用S函数,采用子系统的封装技术,建立了指数分布,威布尔分布,负对数Γ分布等大量的分布函数的模块库和冗余系统可靠性仿真分析的模型.该方法应用于复杂冗余系统的仿真研究.     

基于多线程并行的动态自适应建表加速算法在气相爆轰模拟中的应用

在带详细化学反应机理的气相爆轰过程数值模拟中,化学反应源项的刚性和非线性会使计算花费大量时间。为了提高化学反应的计算效率同时不降低计算精度,针对包含氢气与氧气详细化学反应机理的二维气相爆轰过程,提出了各线程独自建表和所有线程共有单表两种基于多线程并行的动态自适应建表（ISAT）算法,以取代原始的直接积分（DI）,在不损失计算精度的条件下提高计算效率。两种并行算法分别采用了各线程独立建表和所有线程共建单表的方式,以此分析建表方式对计算效率的影响。在此基础上,还分析了建表容差判据和数值格式对计算效率的影响。研究结果表明：基于ISAT的并行算法在所有条件下均能提供与DI结果相当的计算精度,各线程独立建表的计算效率较共建单表的方法有更高的计算效率,其化学反应计算的加速比为2.17~2.43;并行建表算法不仅能够准确地描述二维气相爆轰波的传播过程,还可以提高化学反应流并行计算的计算效率。     

单炮多发同时弹着的局部插值算法与并行加速

为提高单炮多发同时弹着的弹道计算精度,基于标准条件下二维质点弹道方程和真空二维弹道斜射程公式,提出了一种局部插值算法。通过缩小插值区间加密插值序列提高弹道计算精度,研究了该局部插值算法的MPI并行实现方法,该方法可有效减少弹道计算消耗的时间,保证计算耗时满足战场要求。给出了并行计算的任务分配方案和并行效率的计算。并行效率与计算核心数量的关系表明弹道计算机的CPU核心数存在一个上限。以5～15 km射程的同时弹着弹道计算为例,验证了该文算法的有效性和高效性。     

基于Fluent的导弹气动特性计算

借助于商业CFD软件FLUENT．对某型空空导弹在不同攻角、不同飞行马赫数的气动力进行了计算。得出了该型导弹升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数随飞行马赫数和攻角的变化规律以及导弹表面的压力分布、温度分布和来流速度分布。结果表明。计算的气动参数可以为导弹的外形设计提供依据和参考，与传统计算方法相比有一定的优越性。