X-37B轨道飞行器热防护系统概况

X-37B轨道飞行器是美国波音公司制造的第一架可重返大气层并能水平着陆、执行在轨试验任务的可重复使用无人驾驶试验机,其所采用的热防护系统不同于以往的高超飞行器.介绍了X-37B的项目概况、热防护系统与热结构,以及所用材料目前的研究状况.     

全球快讯

正X-37B在范登堡空军基地成功降落美国空军可重复使用轨道试验飞行器X-37B(OTV-3)在北京时间2014年10月18日01∶24降落在范登堡空军基地,完成了674天的在轨试验。完成此次飞行的X-37B OTV-3和完成首飞的OTV-1是同一架飞行器,该机于2012年12月11日从佛罗里达州的卡纳维拉尔角空军基地发射。此次试验使整个OTV项目的在轨时间扩大至1 367天(其中OTV-1在轨运行224天,OTV-2在轨运行     

公理化设计在可在轨组装飞行器总体设计中的应用

为有效实施在轨组装服务,将公理化设计理论引入可在轨组装飞行器的总体设计,给出了一种基于功能需求的结构化设计方法。基于对组装服务的需求的了解,定义满足这些需求所需解决的问题,通过综合分析任务需求产生或选择解决方案,并进行工序设计。通过设计实例验证,为可在轨组装飞行器的具体设计提供了一种新的思路。     

有限推力机动变轨能力包络快速计算分析

通过设计加权的组合性能指标函数,将机动变轨能力包络计算评估问题转化为一系列使组合性能指标最优的飞行任务规划问题求解,并采用求解精度高、收敛速度快的伪谱结点-非线性规划方法将存在多个推进-滑行段的最优任务规划问题离散转换并快速求解。算例仿真表明,采用该方法可以综合评估限定推进剂耗量、程序角速率限幅等约束下的机动变轨能力包络,给出满足可控性要求的最优飞行轨道,进而可以增强小推力长期在轨机动飞行器的多样化任务适应能力。     

高超声速飞行器多约束再入滑翔机动弹道优化设计

建立了升力体再入滑翔飞行器的气动模型和多约束模型。多约束模型除了包括热流密度、气动过载、动压和终端约束等典型约束外,还建立了更符合实际任务的路径点和禁飞区约束模型,并利用路径点、禁飞区和终端约束划分弹道,在各段分别使用高斯伪谱法进行弹道求解,将多段多约束的最优控制问题转换为非线性规划问题。改进的准平衡滑翔条件保证了弹道平缓。最后通过Matlab仿真计算验证了所用分段高斯伪谱法规划弹道比传统的高斯伪谱法具有更精确的优化结果和更高的优化效率。     

飞行器可达性问题的统一求解方法研究

针对飞行器的可达性问题,研究了可达域与可返回窗口2个子问题。前者着眼于飞行器在现有条件下对地面目标的覆盖范围,后者则更关注于飞行器在返回过程中的空间上界。对描述飞行器可达性问题的2种方法进行深入研究,提出一种统一框架下的飞行器可达性数值求解方法。通过研究与可达域相对应的终端优化问题以及与可返回窗口相对应的初值优化问题,形成了一套完整的求解流程。仿真结果表明,利用所提求解方法能够快速获得飞行器完整的可达性信息,为飞行器的总体设计、任务规划等提供设计参考。     

X-37B在轨469天后成功返航

太平洋夏令时2012年6月16日5∶48AM,美国空军可重复使用无人空天飞行器——X-37B轨道试验飞行器(Orbital Test Vehicle,OTV)安全着陆于范登堡空军基地。美国空军、范登堡空军基地、波音公司等多家网站进行了披露。OTV-2于2011年3月5日从美国佛罗里达卡纳维拉尔角空军基地发射,在轨飞行共计469天,创造了新的纪录。     

IXV再入飞行器完成降落着陆试验

正过渡试验飞行器(IXV)是欧空局负责的试验性再入飞行器项目,目的是验证一种能以高超声速进行无动力机动再入飞行的升力体结构。Flightglobal网站2013年7月30日报道,6月19日,IXV全尺寸模型成功完成降高与着陆试验,一架直升机在意大利地中海撒丁岛东海岸3 km的空中释放了一个IXV全尺寸模型,模型借助降落伞不断降低飞行高度并最终溅落到地中海中。此次降高与着陆试验的成功表明,IXV飞行器在执行空间任务后可以安全回收。泰勒斯·阿莱尼亚航天公司负责航天运输项目的主     

在轨飞行器轨道漂移图像补偿方案研究

分析了在轨飞行器轨道漂移对目标成像位置的影响,以及由此产生的目标定位误差;利用已知地标的成像位置,可以确定轨道漂移的量,从而对目标图像进行补偿修正,提高目标定位精度.数学仿真表明该图像补偿方案能够提高在轨飞行器目标定位精度.     

在轨发射有效载荷动力学仿真

对有效载荷的在轨发射全过程进行了仿真。建立了发射装置的虚拟样机模型以及有效载荷与飞行器平台的动力学模型，将虚拟样机模型的计算结果输入动力学模型，分析了发射装置误差对有效载荷发射平稳性的影响，研究了发射后有效载荷的相对运动轨迹的安全性。仿真结果表明，发射装置弹簧推力偏斜与有效载荷质心偏移是有效载荷产生较大出筒角速度的主要原因；在不同飞行器平台发射方位角条件下，有效载荷的相对运动轨迹均符合安全要求。     

考虑动态延迟特性的含攻击角度约束的制导律

针对打击固定或者缓慢移动目标时带攻击角度约束的制导问题,设计一种考虑导弹自动驾驶仪动态特性的制导律。基于平面内导弹-目标的运动模型,采用滑模变结构和非线性反步控制的方法,将导弹自动驾驶仪的动态延迟特性近似描述为一阶惯性环节,通过高增益的饱和函数,结合改进的开关项系数来消弱滑模抖振的影响,最终使视线角速率和导弹的弹道倾角分别趋于零和期望值。仿真的结果表明：该制导律下导弹能以期望的攻击角度命中目标,有效地克服控制系统的动态延迟对导引精度的影响,对参数的变化和外界的干扰有很好的适应性和鲁棒性,具有工程应用的参考价值。     

考虑攻击角约束和输入饱和的制导控制一体化设计

针对攻击角度约束和执行机构因物理约束导致控制输入饱和的问题,提出了一种带攻击角度约束和输入饱和的制导控制一体化设计方法。建立了带攻击角度约束的制导控制一体化三通道独立设计模型,采用扩张状态观测器估计和补偿模型误差和通道间的耦合关系。在此基础上,采用终端滑模控制和反演控制,对制导控制系统进行一体化设计,并引入Nussbaum函数和一个辅助系统处理输入饱和问题。通过导弹六自由度仿真验证了所提制导控制一体化算法的有效性,制导精度和角度约束精度比现有制导控制一体化算法更高,且制导控制效果更好。     

基于虚拟导引头的航空炸弹最优制导律研究

为消除卫星制导高度误差的影响,从而提高命中精度,卫星制导炸弹最优制导律必须满足大弹着角约束条件。文中在分析航空制导炸弹信息获取的基础上,提出并建立了卫星制导虚拟导引头数学模型;基于该虚拟导引头,研究了带有弹着角约束的最优制导律,并进行了六自由度全弹道仿真。仿真结果证明,该制导律响应速度快,弹着角性能提高约60%,具有较好的制导精度,同时制导参数设置简单,易于工程实现。     

自适应非奇异快速终端二阶滑模制导律

针对打击机动目标带攻击角度约束的末制导问题,提出了一种带攻击角度约束的制导律。基于弹目相对运动模型,将攻击角度约束问题转化为终端视线角约束问题。设计了一种新型非奇异快速终端滑模面,结合改进的超螺旋算法,提出了一种自适应非奇异快速终端二阶滑模制导律。该制导律能够使弹目视线角及其角速率有限时间收敛,并设计了参数自适应律有效补偿未知扰动。通过仿真实验,验证了所提制导律能以期望攻击角度精确命中目标,且与现有制导律相比,收敛速度更快,制导精度更高,能量消耗更少。     

不同攻角约束下空空导弹敏捷转弯过程弹道优化

为考察攻角约束对直气复合控制的导弹实现越肩发射的影响,首先针对一个反作用喷气系统安装在尾部的敏捷导弹建立了俯仰通道四阶动态模型,然后利用高斯伪谱法获得时间-燃料最优解,并对不同攻角约束下的最优解进行了分析和比较。仿真结果说明攻角约束越严格,敏捷转弯过程的转弯半径越大,时间越长,燃料消耗越多。     

带视线角约束的多导弹有限时间协同制导律

针对多导弹在平面内从各自期望方向同时击中机动目标的问题,提出了一种带视线角约束且能打击机动目标的有限时间协同制导律。基于平面内的导弹-目标相对运动方程建立了考虑视线角约束的多导弹协同制导模型;在视线方向基于多智能体协同控制理论和积分滑模控制理论设计了多导弹分布式有限时间协同制导律,以保证所有导弹打击时刻有限时间趋于一致;在视线法向方向采用非线性干扰观测器对目标加速度在有限时间内进行估计,并基于有限时间滑模控制理论设计了带视线角约束的制导律,以保证导弹击中机动目标且其视线角有限时间内收敛到期望值。通过仿真验证了所设计的协同制导律可使多导弹从各自期望方向同时击中机动目标。     

考虑视场角约束下的攻击时间控制制导律

为了实现视场角约束下的攻击时间控制,基于导弹-目标相对运动模型,对考虑视场角约束下的攻击时间控制制导问题开展了研究。建立了以攻击时间误差和前置角收敛到0为准则的攻击时间控制模型。在比例导引法的基础上,采用附加偏置控制项的形式,在考虑视场角约束条件下设计了无奇点的攻击时间控制制导律。该制导律具有一定的最优性,攻击时间误差先于前置角收敛到0,制导加速度指令最终也收敛为0。采用Lyapunov稳定性理论,证明了该攻击时间控制制导律的稳定性。仿真结果表明,该制导律能够有效实现视场角约束下的攻击时间控制。     

带落角约束的反舰导弹自适应模糊滑模三维导引律设计

为了完成反舰导弹按预定方向打击目标的战术要求,基于三维弹目相对运动模型,将落角要求约束在滑模面上,然后通过模糊系统对非线性模型进行逼近,设计了一种带有落角约束的三维自适应模糊滑模导引,并根据Lyapunov稳定性定理,从理论上证明了制导系统的稳定性。仿真结果表明了本文方法的正确性和有效性。     

基于ESO的拦截机动目标带攻击角度约束制导律

为满足攻击角度约束的要求,设计了一种考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性的制导律。建立了考虑驾驶仪二阶动态特性的带攻击角度约束项的制导系统模型,采用二阶滑模超螺旋算法对扩张状态观测器进行改进,提出了一种超螺旋扩张状态观测器,对未知目标加速度进行估计,选取一种带攻击角度约束的非奇异快速终端滑模面,结合动态面控制,提出了一种新型制导律。该制导律能使系统状态全局有限时间收敛,补偿驾驶仪动态特性。对比仿真结果表明,所提观测器估计精度高,所提制导律能够实现视线角速率和攻击角度有限时间收敛,且具有更好的制导性能。     

具有控制约束的最速驾驶仪设计

为了解决导弹控制系统设计过程中采用试凑法进行参数设计周期太长以及执行机构饱和约束不易加入的问题．提出一种建模思想。将控制系统设计问题变为有约束优化问题。把系统的性能指标和执行机构饱和约束转化为约束条件。上升时间作为目标函数．采用逐次逼近法来进行迭代，直到得到满足约束的控制器参数。此方法能够直观地引入各种约束。并能够有效缩短导弹控制系统设计周期。