适用于高超声速边界层的转捩准则预测方法

采用层流+转捩准则+湍流模式方法对高超声速边界层转捩进行预测。采用f (Re, Me)类转捩准则耦合SA、SST湍流模式,对超声速平板边界层、2°攻角尖锥裙流动和类 X-51高超声速飞行器前体流动进行数值模拟研究。给出摩阻系数、热流系数和湍动能、涡粘性系数的计算结果。采用的层流+转捩准则+湍流模式方法能够较正确地预测高超声速边界层转捩。所采用的湍流模式本身的性能对边界层转捩的预测存在影响,主要表现在对来流扰动环境的感受性及涡粘性系数生成两方面。     

边界层转捩在高超声速飞行器外形设计中的应用

介绍了吸气式高超声速飞行器边界层转捩的特点及在设计环境方面的影响. 讨论了美国高超声速计划飞行器的外形选择从轴对称演化到尖劈状外形的过程. 分析了钝头体前缘钝化程度、壁面温度、逆压梯度对转捩的影响. 研究了来流马赫数、雷诺数、攻角对飞行器驻点气动热的影响. 使用基于线性稳定模型的emalik程序计算了转捩现象.     

高超声速飞行器边界层转捩飞行实验项目地面试验进展

叙述了美国空军科学研究办公室发起的高超声速飞行器边界层转捩飞行实验项目的基本情况。重点介绍了BOLT项目开展的地面试验情况。叙述了5座各有特色的风洞、不同缩比的试验模型和不同测试技术,分析了地面试验的进展与目的安排,并给出了开展高超声速转捩研究的相关启示。     

高超声速飞行器转捩特性及表面特征研究

高超声速飞行器飞行时,会出现转捩问题,其对飞行器力/热特性和飞行器的设计均有显著影响。本文采用数值和工程方法相结合,对高超声速飞行器迎风面的转捩情况进行预测,同时对飞行器表面粗糙度和表面缺陷对转捩特性的影响进行研究。本文得到了飞行器飞行的转捩高度,同时,获得了转捩特性与表面粗糙度、表面缺陷的相关关系,对该类飞行器的设计有一定借鉴意义。     

基于双微楔的高超声速激波与边界层干扰控制研究

高超声速飞行器在流场中通常会伴随激波与边界层干扰(SWBLI),其引发的流动分离将导致进气道性能下降。采用分离涡模型结合有限体积离散方法、自适应网格加密技术,对来流马赫数为7.0流场中SWBLI诱导的流动分离进行数值模拟,并基于边界层流向速度、压力梯度、形状因子、总压损失等参数讨论了不同微楔高度的控制效果,分析双微楔的控制机理。研究结果表明：双微楔产生的两对流向涡对之间的相互诱导促进了各自流向涡对之间的卷吸作用,使得双微楔对分离气泡的消除效果优于单只微楔;流动总压损失系数随着微楔阵列高度的增加呈先减小、后增加的趋势;综合讨论流向涡强度与形状阻力的影响,高度为35%分离气泡厚度的双微楔控制效果最好,分离气泡局部可减小至回流消失,边界层形状因子峰值降低86%,总压损失降低1.9%.     

高超声速飞行器尾迹转捩及其对雷达散射截面的影响

当飞行器在大气层中以高超声速飞行时,在下游形成的等离子体尾迹有可能引起雷达散射截面（RCS）突增现象,影响飞行器的探测、跟踪和识别。在自由飞弹道靶上开展高超声速模型流场特性试验研究,测量不同马赫数和靶室压力下模型尾迹的流场结构和转捩位置,利用转捩准则对试验结果进行分析,讨论了转捩位置变化对高超声速飞行器RCS特性产生的影响。结果表明：模型特征尺寸、飞行马赫数和压力等是影响转捩位置的主要参数;尾迹对高超声速飞行器RCS的影响非常复杂,将改变RCS大小,使雷达成像变模糊甚至产生假目标。     

基于化学反应的高超声速弹丸头部气动热预测

为了准确预测高超声速弹丸表面的气动热问题,在考虑热化学反应的情况下,基于SST k-ω、表面反应和二维非稳态热传导方程,建立了高速流场与弹丸结构紧密耦合的传热模型,并以某外形高超声速弹丸为研究对象,采用数值模拟方法,在不同飞行高度、不同飞行马赫数等条件下对比计算了有、无考虑化学反应时弹丸表面的气动热分布情况。计算结果表明,考虑化学反应对弹丸表面的热流密度有较大影响,弹体表面温度及其驻点处温度均有明显提高; 在飞行马赫数为5.5,飞行时间为1.5 s的情况下,随着飞行高度的增加,弹丸驻点处及弹身表面的温度会降低,但各高度上弹丸驻点处的温度在考虑化学反应较未考虑化学反应时高约200 K; 随着来流马赫数的增加,化学反应产生的热量越多,弹体表面及驻点处的温度增加越大。研究结果对高超声速弹丸的气动热预测与热防护具有一定的参考。     

边界层转捩飞行测量方法及实现

针对高超声速边界层转捩飞行试验研究的需要,通过一体化的变厚度薄壁测温和热流辨识方法,利用测量薄壁内壁温度辨识表面热流可实现飞行器表面转捩位置的测量。考虑到飞行器高速飞行过程中表面气动加热和振动环境要求,对测量结构和机体结构开展了一体化模块设计,提高了测量结构的整体承载抗热振能力;利用热振联合地面试验系统,在飞行状态地面模拟条件下,对测热部件进行了热振联合试验考核,验证了测量结构的安全性和可靠性。地面热振联合试验和飞行试验结果表明,该型转捩测量结构可承受飞行条件气动加热和振动环境,能迅速地响应和准确地反映气动加热环境热流的变化,可准确捕捉飞行条件下高超声速边界层转捩现象。获取的热流转捩测量数据,可为高超声速转捩预测计算模型提供校准数据。     

高超声速飞行器激波/边界层干扰控制方法综述

在高超声速流动中,激波/边界层干扰现象不可避免,它会对流场稳定性和飞行器安全造成不利影响.因此,研究激波/边界层干扰流动控制方法必要且迫切.概述了激波/边界层干扰现象的产生机理,并介绍了目前较为前沿的边界层抽吸控制、边界层吹除控制、次流循环控制、壁面鼓包控制、微型涡流发生器控制以及等离子体控制等控制方法,并对各控制方法...     

高超声速发动机专利技术现状及发展预测

对国外高超声速发动机相关技术在各国专利申请量、专利申请时间趋势、主要申请人的分布、各技术热点专利申请状况、国外技术对比等专利技术现状进行了分析,对高超声速发动机技术发展趋势、发展特点、应用等方面进行了分析.     

高超声速飞行器烧蚀后退量时序提取及基于神经网络的预测

为了观测高超声速飞行器头部模型在高温流场下的烧蚀现象,在电弧风洞上开展了热考核试验,基于电荷耦合器件相机图像比色测温方法,获得电弧风洞烧蚀模型表面温度随时间演化数据.通过追踪模型边缘温度场变化,给出模型烧蚀过程中形变过程,提取驻点及其他边缘点后退量随时间变化数据.利用最小二乘法和长短期记忆(LSTM)网络方法对烧蚀后退...     

基于改进割线法的高超声速飞行器再入预测制导

针对基于割线法的预测校正算法对高超声速飞行器再入制导中初值敏感度较高及时效性和制导精度较低的问题,提出了一种基于改进割线法的再入预测校正制导方法。将改进割线法应用在纵向制导计算倾侧角数值大小,横侧向制导设计了横程走廊边界控制倾侧角的反转策略以保证制导精度。仿真结果表明,该算法易于实现,对初值不敏感,有较快的制导指令解算时间,制导精度较高,且对扰动偏差不敏感的优点。     

基于注意力机制的高超声速飞行器LSTM智能轨迹预测

临近空间高超声速飞行器具有非惯性轨迹形式和大范围、强机动的突防能力,对目标飞行轨迹的准确预测能够为反导拦截系统有效拦截提供有力技术支持。针对高超声速飞行器的滑翔式和跳跃式飞行轨迹预测问题,提出一种基于注意力机制的Seq2Seq轨迹预测模型,利用LSTM网络设计编码器和解码器,同时利用注意力机制提取的信息进行解码预测。该网络以目标轨迹的位置、速度、弹道倾角和攻角六维特征序列作为输入网络,网络输出为未来一段时间内的连续轨迹序列,利用弹道仿真模型获得的目标飞行器轨迹数据作为训练集对网络进行训练与优化。实验结果表明,该网络能够对高超声速飞行器的多种飞行轨迹进行有效的轨迹预测,预测误差小,能够为反导拦截系统提供有利参考。     

基于深度学习的高超声速飞行器再入预测校正容错制导

针对故障条件下高超声速飞行器的容错制导问题,提出一种基于深度学习的预测校正容错制导算法。在纵向制导律设计中,求解故障下满足配平要求的攻角剖面和升力、阻力系数;构建并训练输入端包含升力、阻力系数变化量的深度神经网络来预测落点,以避免传统预测校正制导算法中大量的积分运算;侧向制导采用基于航向角误差走廊的倾侧角反转逻辑;构造扩张状态观测器对气动参数变化量进行估计,实时输入深度神经网络。仿真结果表明,所设计的容错制导算法制导精度高、实时性好,且在故障和参数摄动条件下能实时解算出满足飞行要求的制导指令。     

基于自适应神经模糊系统的高超声速飞行器再入预测制导

针对高超声速飞行器再入运动过程模型的非线性特性,提出了一种基于自适应神经模糊系统(ANFIS)的再入预测校正制导方法。在以能量为自变量的三自由度再入方程的基础上分别设计了纵向制导律和侧向制导律。以能量和剩余航程偏差为输入参数,侧倾角调节量为输出参数,设计了ANFIS控制器,并将其应用于纵向制导。侧向制导基于横程与能量的近似线性关系,设计了由分段漏斗形横程走廊控制的侧倾角反转逻辑。仿真结果表明,所设计的制导律具有制导指令解算速度快,制导和落点精度高且对再入初始偏差及过程扰动不敏感的优点。     

基于特征模型的高超声速飞行器再入多约束预测控制

针对存在输入和输出多约束的高超声速飞行器再入控制问题,提出了一种基于特征模型的鲁棒预测控制方法。对耦合的非线性再入动力学采用低阶线性特征模型简化,设计鲁棒预测控制器保证满足再入控制的多约束。基于特征模型的低阶等价性,将再入动力学的输入输出动态特性用线性时变的特征模型描述,并将三通道姿态耦合和干扰作为广义复合干扰。将灰色理论中累加求和的思想引入到特征模型参数辨识算法中,弱化了再入随机噪声的影响,通过灰色辨识方法在线估计特征模型的时变参数和干扰。设计一种基于线性矩阵不等式(LMI)滚动优化技术的H_2/H_∞鲁棒预测控制律与基于灰色辨识的补偿器共同构成复合控制器,保证了整个闭环系统的稳定,满足输入和输出约束。数据仿真验证了算法的有效性。     

临近空间高超声速飞行器轨迹预测方法研究进展

临近空间高超声速飞行器轨迹预测对其自身制导控制与对其防御拦截均具有重要意义.本文从合作与非合作两个角度对临近空间高超声速飞行器轨迹预测中采用的常用方法进行了分析,在合作飞行器的轨迹预测中,重点结合飞行器预测校正制导过程对解析法与数值法进行了归纳与分析;在非合作飞行器的轨迹预测中,主要分析了基于运动模型预测、基于概率密度...     

高超声速发动机专利技市现状及发展预测

对国外高超声速发动机相关技术在各国专利申请量、专利申请时间趋势、主要申请人的分布、各技术热点专利申请状况、国外技术对比等专利技术现状进行了分析，对高超声速发动机技术发展趋势、发展特点、应用等方面进行了分析。     

高超声速滑翔飞行器长期轨迹预测问题探讨

为给高超声速滑翔飞行器态势与威胁评估、反导拦截提供先验知识,探讨基于状态估计和意图推断的长期轨迹预测方法。对飞行器的控制特性进行阐述,分析了长期轨迹预测的可行性。针对飞行器机动不确定的问题,综合考虑飞行器当前状态和作战意图,阐述了长期轨迹预测的基本思想。最后,分别从预测模型构建、预测误差修正、制导规律辨识和意图信息推断四个方面讨论了飞行器长期轨迹预测的关键技术。     

高超声速斜面绕流激波／过渡边界层干扰的试验研究

为开发空天运载器和高超声速飞行器,利用风洞试验研究了机翼和超燃冲压发动机进气道等斜面上产生的激波/边界层干扰。介绍了试验装置、试验方法和试验结果及其分析等。