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.     

多学科设计优化理论在飞行器设计中的应用研究

以飞行器设计应用为背景,介绍了多学科设计优化的基本思想和研究内容,归纳了MDO的知识框架及工程设计常用优化算法,并总结了MDO在飞行器设计中的应用。     

多学科设计优化在飞行器总体设计中的应用

飞行器总体设计涵盖了多个学科专业,包含大量的设计变量、状态变量、约束方程以及学科专业之间的相互影响,是一个典型的复杂系统。为了提高飞行器系统的设计质量和综合性能,文中针对飞行器总体设计的特点,在多学科设计优化理论技术体系的基础上,从工程应用的角度出发,探索出一套实现飞行器总体多学科设计优化的思路和方法,实现飞行器总体的自动设计和优化,使方案论证阶段初始参数的选择更具合理性。     

高超声速乘波飞行器多学科设计优化研究进展

来波飞行器由于其具有高升阻比特性而成为国内外高超声速飞行器研究的热点.介绍了飞行器多学科设计优化(MDO)的发展概况,简述了乘波构形优化设计的研究进展.在此基础上对高超声速乘波飞行器MDO的理论基础进行了分析,阐述了应用MDO技术进行高超声速乘波飞行器设计的必要性和可行性.重点从气动和结构系统的协同优化设计、机体和推进系统的一体化优化设计以及气动和控制系统的综合优化设计等3个方面讨论了MDO在高超声速乘波飞行器设计中的应用现状.提出了今后应加大对MDO集成框架的开发力度,大力开展包含可靠性和经济性分析的高超声速乘波飞行器多目标MDO研究.     

重复使用运载器视景仿真的设计与实现

根据重复使用载器仿真的特点,建立了轨道器、发射架、地球和发射场地形等三维模型,采用视景仿真软件开发工具VTree,创建了大气、云层和星空等视景仿真环境,实现了重复使用运载器从发射上升、在轨运行到再入着陆的整个飞行过程的实时视景仿真.     

日本与欧洲可重复使用助推飞行器发展综述

在明确空间运输系统技术现状和发展趋势的基础上,对日本、欧洲主要运载系统发展计划中可重复使用助推飞行器(Reusable Booster Vehicle, RBV)技术的研发情况进行介绍,总结分析了日本和欧洲RBV技术的发展历程及经验,对我国航天运载系统相关技术的发展有一定借鉴意义.     

基于试验设计和响应面近似的高超声速巡航飞行器多学科设计优化

建立了基于试验设计理论和响应面近似的超燃冲压发动机推进的高超声速巡航飞行器多学科设计优化方法。首先建立外形尺寸、质量估算、气动力性能、气动热性能和推进性能学科的分析模型。模型考虑了学科间的耦合效应，结合弹道方程，形成了飞行器的总体性能模型。然后分别采用D—Optimal设计、Taguchi设计和均匀设计选择设计点，通过多机并行计算完成高超声速巡航飞行器性能分析。根据分析结果，构造响应面近似模型。通过响应面近似模型的优化，完成了高超声速巡航飞行器的多学科设计优化。计算表明，基于试验设计的多学科设计优化方法可以用于高超声速巡航飞行器的优化设计。     

飞行器多学科集成设计环境及其关键技术

总结了多学科设计优化技术及其在飞行器集成设计中应用的发展历程与趋势,分析和比较了几种典型的飞行器集成设计系统,包括SSDSE、I HAT、IMD/WDE和AEE;以多学科设计优化技术与产品全生命周期管理技术的集成为出发点, 提出了企业级飞行器多学科集成设计环境的体系结构,阐述了其关键技术及实现途径,为构建原型系统提供参考.     

多学科设计优化技术在飞行器总体设计领域的应用

描述了多学科设计优化技术的基本概念、基本思想与优点,以及研究的关键技术,介绍了应用多学科设计优化技术解决飞行器多学科设计优化的应用实例,并对应用前景进行了展望.     

多学科设计优化中搜索策略研究

针对多学科设计优化的问题复杂性, 探讨现有优化算法在多学科设计优化问题中的适用性, 以确定搜索策略的选择.回顾了经典优化方法在优化设计中的应用, 介绍了软计算在多学科设计优化中的应用, 并对软计算中的智能优化算法及其在多学科设计优化中的应用作了研究, 最后对多学科设计优化中搜索策略的发展方向作了阐述.     

基于Simulink的运载火箭姿态控制系统时域仿真软件开发

运载火箭的时域仿真软件如果采用C语言开发、工作量庞大、周期长,Matlab包含仿真平台Simulink,它拥有丰富的函数模块库,无需单独开发界面,无需为实现积分算法而专门编写程序。结合实例,介绍如何利用Simulink搭建火箭姿态控制系统时域仿真模型,其中重点分析如何采用S-function实现箭体模型,如何解决时变参数输入、多维微分方程计算、合理加快仿真速度等难题。开发过程与开发结果充分表明,这种方式具有开发速度快、界面直观、通用性强等优点。     

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.     

高超声速飞行器的终端滑模姿态控制

针对具有高度非线性、强耦合、含较大不确定性特点的高超声速飞行器,设计了终端滑模控制器,并应用于高超声速飞行器的姿态控制中。对飞行器姿态控制系统的慢回路设计PID控制律,快回路设计终端滑模控制律。终端滑模控制对系统参数的变化不灵敏,具有良好的鲁棒性。并利用李雅普诺夫稳定性理论证明整个闭环系统的稳定性。仿真结果表明,在气动参数大范围摄动的情况下,该控制系统对于高超声速飞行器姿态角信号指令具有良好的跟踪性能。     

运载火箭姿态控制系统冗余方案分析研究

针对提高运载火箭姿态控制系统可靠性问题,从姿态角速度信号获取及伺服系统回路设计两方面提出了故障吸收冗余方案模式,对其冗余配置、工作原理、可靠性问题进行了讨论,并对方案可行性进行了设计分析。     

乘波体MDO子学科动态代理建模方法

多学科设计优化中应用代理模型可以较好地解决系统分析精度和效率的矛盾,动态代理技术可以根据需要在优化的过程中不断提高代理模型精度.利用三种动态代理方法——最小响应面、最大期望提高和多点加点准则,分别对一维、二维函数和一个高维的协同优化问题中外形/气动学科构造了动态Kriging代理模型,对比了三种加点准则的动态代理效果,并分析了其特点和应用条件.结果表明,最小响应面加点准则是最适合于协同优化中学科优化的动态代理方法.     

基于姿控喷管开关控制的全量耦合动力学建模与控制优化技术研究

传统运载火箭姿态控制设计与仿真均采用小偏差线性化的动力学模型,该模型无法准确体现调姿过程对飞行轨道、推进剂晃动的影响,且干扰的合成与施加方法与实际飞行不符,无法精细化分析某项干扰对实际飞行过程的影响。为了解决以上问题,建立的基于姿控喷管开关控制的全量耦合动力学模型,实现姿控-轨道-推进剂晃动的一体化耦合仿真,具备精细化分析能力,提升了设计预示能力。该技术已在中国探月三期工程中成功应用,有效降低了姿控用推进剂耗量需求,提高了火箭运载能力。     

导弹姿态控制系统中校正网络的改进

校正网络是导弹姿态控制系统中变换放大器的重要组成部分.根据某导弹改型前后校正网络传递函数的变化,分析了网络变化的原因,介绍了陷波器消除结构谐振的补偿原理,并给出了此类有源陷波器的设计方法.     

模糊指数型终端滑模控制的模型参考控制及其在导弹姿态控制系统中的应用

针对导弹姿态控制系统具有不确定性和时变性的特点,同时为保证系统状态能在有限时间内收敛到状态原点,在研究了不确定多变量指数型终端滑模控制的基础上,给出并证明了其模型参考控制的控制律特性.为克服不确定性给系统造成的抖动现象,参考模糊控制的优点,设计了模糊补偿控制以消除这种抖动.最后将所设计的控制律在导弹姿态控制系统中做了仿真应用,结果表明,所设计的控制器性能满足要求,控制效果满意.     

质心漂移对姿态控制系统影响的研究与仿真

主要研究了质心漂移对姿态稳定控制系统的影响.针对姿轨控发动机动力系统,建立了动力学和运动学模型,并利用该模型进行了理论分析和数学仿真.将理论计算结果与数学仿真结果相结合,确定了允许的质心漂移最大值.