高动态临近空间飞行器海上组网测控方案设计

为解决高动态临近空间飞行器海上测控对测量船数量需求较多、现有船队规模无法满足的难题,在分析测控需求特点的基础上,提出了一种基于测量船与临近空间飞艇组网测控的新模式。结合近中程、远程飞行试验分别进行了测控总体方案设计,并讨论了海上组网测控需要研究的关键技术。相关研究对我国后续开展高动态临近空间飞行器海上测控系统建设具有一定的参考价值。     

Flight control of a hexa-rotor airship: Uncertainty quantification for a range of temperature and pressure conditions

The present paper is concerned with the dynamic modeling and design of control laws for a small non-rigid multi-rotor airship constituted of an oblate-spheroid helium balloon coupled with an electric-powered hexa-rotor airframe. The vehicle is assumed to operate in windless and low-speed conditions. A six-degree-of-freedom nonlinear dynamic model is derived for it using the Newton–Euler approach and considering, among other efforts, a restoring torque due to the displacement of the balloon’s center of buoyancy above the vehicle’s center of mass and the added-mass effect resulting from the air–structure interaction. Using the derived model and assuming a time-scale separation between the translational and rotational dynamics, the attitude and position control laws are designed separately from each other. Both laws are formulated using feedback linearization combined with control input saturation within appropriate parallelepipedal sets, which are carefully chosen to respect pre-defined bounds on the control torque, control force and maximum inclination angle. The effect of temperature and pressure fluctuations is taken into account through a parametric probabilistic approach, where Maximum Entropy Principle is used to construct a physically consistent stochastic model and Monte Carlo method is used as the stochastic solver to propagate the uncertainties through the system. Extensive simulation results show the effectiveness of the proposed control system and quantify the uncertainty of its performance over a wide range of local temperature and pressure.     

传感器即结构件关键技术及研究进展

传感器即结构件技术是研究超大面积轻质相控阵雷达与空天预警探测平台共形一体化集成的相关技术。由于传感器即结构件飞艇具有超强预警探测能力、极轻质、极低功耗、长工作寿命和机动性能灵活等优点,因此成为平流层预警探测的首选装备。介绍了平流层预警探测的需求和大孔径探测的理论依据,结合传感器即结构件技术的特点,阐述了该技术的项目背景、规划和研究进展,对其关键技术和未来发展趋势进行了分析讨论,并对我国传感器即结构件技术的规划和发展提出了建议。     

平流层飞艇特征结构配置增稳设计

对飞艇非线性六自由度模型进行线性化,得到了飞艇的状态方程,并将其分为纵向和侧向两组.以飞艇非线性模型为基础对飞艇自然特性进行了分析,对飞艇的纵向运动及侧向运动的稳定性进行了分析仿真.运用基于线性矩阵不等式（LMI）的特征结构配置方法对平流层飞艇进行增稳控制律设计,不仅实现了特征值的配置,同时确定闭环系统特征值对应的特征向量和广义特征向量.     

SQLite在飞艇监控中的应用与优化

为了提高飞艇测控中监视数据的管理水平,简化数据库操作的复杂度,提高数据存储和访问的速率,提出了在飞艇监控中使用轻量级数据库系统SQLite的方案。并针对监视系统中实时性要求高的特点,提出了四点SQLite性能优化策略,有效提高了SQLite数据库的访问速度。通过测试与连续试验表明,SQLite能够满足飞艇监控对数据实时存储及数据持久保存与管理的需求。该方案已经成功应用于某型号飞艇集成演示验证系统中。     

平流层飞艇平台光电侦察系统关键技术

平流层飞艇平台运行在距地面20km的高度,能够长期定点悬浮或者机动巡航,是一个良好的预警、监视、跟踪平台,光电侦察系统是未来平流层飞艇监视侦察装备的核心。简述了平流层遥感相对飞机平台和卫星平台的优点,根据平流层平台的特点,分析了平流层光电探测系统相对飞机平台光电系统在探测距离方面的优势。结合国外典型的光电侦察系统现状,介绍了光电侦察系统的组成和工作原理,并在现有光电侦察系统的基础上,对未来平流层平台光电侦察系统的关键技术进行了研究,给出了相应解决方案,可以为未来平流层光电侦察系统的设计方案提供参考。     

浮空飞行器压力调节控制系统工程研究

 压力调节控制系统是浮空型飞行器最基本、最重要的组成部分之一,其工程设计直接关系到浮空平台的安全和性能.根据囊体材料应力分析和浮空平台保持形状的要求,推导了以飞艇为代表的浮空型飞行器压力控制的基本控制要求；探讨了浮空型飞行器压力控制系统的构成和主要参数的工程设计方法；从调节速度和调节范围两方面分析了压力控制系统的调节能力及其对飞艇平台性能的影响,并给出设计飞行高度和空气囊占比的关系曲线,从而明确了设计飞行高度对浮空平台体积的要求；介绍了典型的压力系统控制方法,并经中空实验飞艇自主飞行验证,压力控制效果明显.压力控制系统的工程设计研究侧重于实际应用,具有工程实用价值.     

驻点引射飞艇减阻数值模拟

提出一种驻点引射的减阻方法,从飞艇前缘至后缘开流动引射孔,部分外部流动转变成内部流动从引射孔导出。通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程,采用SST两方程湍流模型,模拟了具有驻点引射流动飞艇绕流流场,探讨了不同尺寸孔径以及不同的入口形状的流动状态。数值模拟结果显示:驻点引射方法可以有效改善飞艇绕流流动,大幅度降低飞艇阻力系数。不同的孔径以及入口形状的流动结果显示,在飞艇最大厚度1/15的开孔孔径范围内,不同的孔径以及开口形状不会对驻点引射飞艇外部绕流流场产生显著影响。     

平流层飞艇热敏感因素分析

以平流层飞艇为研究对象,建立飞艇热特性模型并分析主要的热影响因素. 通过有限拆分法,建立完整的平流层飞艇热特性模型. 为了使建立的热模型能够适用于不同类型的飞艇,将其外形建模和表面离散化处理,分别采用分布参数法和集总参数法,对蒙皮单元和内部填充气体进行热特性数值计算. 通过相关试验数据对建立的模型及其求解方法的可靠有效性进行验证. 分别计算8种不同热影响因素作用下飞艇表面蒙皮温度及内部填充气体温度的变化,对每种因素的影响规律进行定性和定量的分析,得到飞艇热特性的主要敏感因素及不敏感因素,归纳出飞艇蒙皮出现极值温度的条件. 比较不同热源对飞艇热特性的影响和规律,给出飞艇热特性模型中的可简化部分.     

飞艇推力矢量转向系统支架的静动态特性分析

基于有限元法建立推力矢量转向系统支架的有限元模型,对某型飞艇推力矢量转向系统支架结构的静动态特性进行了研究。分析了不同边界条件下支架的静态特性,得出了不同载荷作用下支架的应力分布情况,通过模态分析,得到了支架的动态特性,为支架的设计和使用提供了必要的理论依据。