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.     

助推-滑翔导弹最大射程优化

对助推-滑翔导弹弹道进行数值优化有利于提高综合飞行能力,针对此问题,给出了一种求解其最大射程弹道的整段优化方法,建立了其纵平面运动模型和弹道优化模型.在考虑攻角、法向过载、分离点衔接及落地条件等约束下,应用序列二次规划法求解了最大射程弹道.结果表明,助推-滑翔导弹比常规弹道导弹射程显著提高,其最优弹道有效地提高了射程和突防能力.     

固冲发动机导弹方案弹道设计与优化

文中针对以固冲发动机为动力装置的导弹弹道特性与推力特性高度耦合的特点,建立了相应的方案弹道优化模型,并采用基于遗传算法与序列二次规划算法的组合优化方法,以最大射程为目标进行内外弹道一体化优化设计.弹道仿真结果表明:所得到的优化后的飞行弹道方案,在满足飞行条件约束和发动机设计约束的情况下,射程提高了约21.7％.从而验证了所用优化方法的有效性以及一体化优化设计的必要性.     

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．     

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.     

复合制导炮弹最优滑翔弹道与控制

研究了制导炮弹最优滑翔弹道与控制问题.建立了滑翔弹道模型,以射程为指标函数,考虑终端速度、高度和弹道倾角约束,采用庞特里亚金极大值原理和共轭梯度法求出控制变量有约束的最优滑翔弹道,简要分析了滑翔增程机理.给出2种纵向通道控制结构,并进行控制参数设计,数值仿真表明2种控制结构均可实现对最优滑翔基准弹道的精确跟踪.     

非均匀参数化方法在弹道优化中的应用

为获得最优滑翔方案弹道,基于制导炮弹质点弹道模型、飞行状态约束条件与最大射程目标函数,建立了增程弹道优化模型。针对传统的均匀参数化方法难以精确逼近最优弹道的问题,将控制时域非均匀离散化,各时间段长度作为优化参数。采用变尺度的非均匀参数化方法和序列二次规划方法相结合,对滑翔方案弹道进行优化。仿真结果显示:相比传统方法,该方法设计的方案弹道的射程更远、终端速度更大,具有更强的弹道性能优势。     

地理约束下远程滑翔导弹弹道优化

分析了远程滑翔导弹地理约束的形成,建立了三自由度弹道模型、气动模型与气动热模型.在考虑地理等实际约束下,建立了多阶段多约束弹道优化模型.利用直接打靶法将此最优控制模型转化为非线性规划问题,并采用序列二次规划算法进行解算.结果表明,研究方法适合于解决考虑地理等约束的远程滑翔导弹弹道问题,所得的最优弹道更有利于满足实际作战需求.     

滑翔飞行器再入段弹道特性分析

为解决滑翔飞行器再入段受力复杂、非线性约束条件多、弹道设计难度大的问题,对平衡滑翔条件下的 弹道解析关系进行分析。根据平衡滑翔的概念,通过简化的动力学微分方程,对滑翔飞行器再入段弹道影响因素进 行分析,联合大气指数模型,推导出平衡滑翔条件下的弹道初始参数与速度、射程以及高度的解析关系,并进行仿 真验证。仿真结果表明：更高的滑翔初速和最优的平衡滑翔初始入射角可以增加滑翔距离,不同高度再入时对射程 影响不大。     

固体运载器大气飞行段内弹道优化设计研究

为提升固体运载器射程能力并改善复杂大气飞行段的姿态控制、载荷条件,以射程最大为目标,利用离散化方法建立了内弹道优化设计模型。通过等比调节与值域调控的迭代处理方法,将有约束优化模型转化为无约束优化模型。以自适应差分进化法开展优化仿真。仿真结果表明,固体运载器内弹道推力曲线采用“前高后低”的形式将有利于提高射程,并对改善大气飞行段飞行环境具有积极意义。研究成果可为固体运载体总体方案论证提供借鉴。     

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Radau伪谱法的制导炸弹最优滑翔弹道研究

基于Radau伪谱法求解最优控制问题的原理,研究了滑翔型制导炸弹的最大射程优化问题。对制导炸弹动力学模型进行了无量纲化处理,结合极小值原理推导了最优控制轨迹的解析解和一阶必要性条件,采用Radau伪谱法将弹道优化问题转化为非线性规划问题,基于协态映射原理给出了数值解的最优性验证方法。仿真结果表明,Radau伪谱法能够提供具有工程应用价值的最优解,与常规的最大升阻比滑翔弹道相比,优化后的弹道射程增加10%以上。     

滑翔制导炮弹气动-弹道综合优化方法

针对滑翔制导炮弹的气动、弹道设计问题,为有效提高炮弹的滑翔性能,本文研究了一种气动-弹道综合优化方法。该方法采用工程算法进行气动分析,采用自适应配点的Radau伪谱法进行弹道分析,可综合考虑气动外形的静态参数优化和滑翔过程中攻角控制规律的动态优化;利用Kriging模型建立了炮弹外形参数和性能指标(如射程、飞行时间等)之间的映射关系,实现了外形优化和弹道优化的紧密耦合,并利用组合加点准则不断更新模型直至收敛得出最优外形和最优弹道。本文分别以射程最大和飞行时间短/控制能量消耗小为目标函数,对某滑翔制导炮弹的鸭舵、尾翼外形参数进行综合优化。仿真结果表明,相较于基准方案,综合优化方案有着更优异的弹道性能,其中Opt-1方案使射程提高了37.8%, Opt-2方案在攻击固定目标时能有效减少飞行时间并使控制能量消耗降低46%,验证了该气动-弹道综合优化方法的可行性和有效性。     

超远程火箭弹道设计研究

根据射程,运载火箭一般可分为近程、中程、远程和洲际运载火箭,射程超过地球周长一半的火箭一般称为超远程火箭.当前,超远程火箭的弹道方案主要采取高弹道、部分轨道等技术,具体实现方案包括直接飞行、弹道主动段机动飞行、弹道被动段机动飞行、近地圆轨道机动飞行、近地椭圆轨道机动飞行等 5 种技术方案.对方案可行性及方案选择的判断依据进行研究,分析各技术方案的弹道特点,并与标准洲际射程参数进行对比,为超远程火箭的弹道技术方案的选择提供了借鉴.     

单兵自动武器火控系统解命中问题建模与仿真

为研究单兵自动武器火控系统的工作特性,在分析其组成和功能基础上,建立了包括机动目标模型、非机动目标模型、刚体外弹道模型和解命中问题模型在内的火控系统数学模型.通过编程实现了火控外弹道及解命中问题的仿真,得到了火控外弹道特殊点射击诸元值以及火控外弹道特性.通过对不同射程情况下非机动目标解命中问题的实例模拟,获得了不同射程条件下的射角与弹丸飞行时间等关键值.计算结果表明,该模型是可靠的,为进一步研究武器作战威力及战场作战可靠性与经济性提供了参考.     

考虑弹性效应的平面运动弹道方程

对考虑弹性效应的平面运动弹道进行了研究.以Euler-Bernoulli梁模型理论为基础.考虑了火箭箭体的分布质量、气动力,以及振动与位移之间的藕合关系,采用Hamilton原理推导了弹性火箭的平面运动动力学方程并进行弹道仿真.仿真结果表明,考虑弹性效应的影响,火箭弹道的高度和射程与刚体模型结果相比射程减小而射高增加,说明弹性效应的影响不可忽略.该文方法为高精度弹道分析提供了参考.     

基于遗传算法的机动弹头再入段弹道优化设计

针对机动弹头攻击区优化问题,设计了改进遗传算法加约束可变多面体法的串行混合遗传算法,采用直接优化方法,基于分段优化思想,对再入段最大纵程、最小纵程和最大横程等边界弹道分别进行了优化设计,得到了满足约束条件的最优边界弹道,从而确定了机动弹头的最大可攻击范围.优化结果表明,最大可攻击区范围是一个长半轴为17 km,短半轴为10 km的椭圆区域,此结果优于针对该弹头进行的大量弹道仿真所得的结论,可为进一步弹道设计提供参考依据.     

虚拟导引方法在再入滑翔弹道优化中的应用研究

针对飞行器再入大气层后的滑翔弹道,建立了飞行动力学模型,采用设置虚拟目标的导引方法进行优化。提出了几种调控弹道形式和射程的途径,并结合具体算例进行了弹道仿真,具体分析了虚拟目标位置、比例导引系数、攻角等参数对弹道弯曲程度、过载、热流、射程等方面的影响规律,说明综合考虑这些因素可得到理想的弹道优化的结果。     

变射面弹道横向转弯飞行程序的设计与优化

为有效提高导弹的突防能力和禁避飞区规避能力,实现小射程能量的有效利用,提出一种变射面横向机动弹道,通过初始离面角使弹道一级偏离传统射面,后面级再变换射面以命中目标。针对该机动弹道变换射面的横向转弯段,建立了横向转弯飞行程序仿真模型,为确定最优初始离面角和转弯飞行程序模型参数,采用混合优化算法对其进行了优化。仿真结果表明,模型能够满足弹道横向机动变换射面转弯要求,优化算法能够实时、快速求得最优初始离面角和最优飞行程序,满足射前诸元准备时间要求,实际应用性强。     

基于混合粒子群优化算法的火箭弹内弹道优化设计

针对无控火箭弹的内弹道优化问题,以增加射程为目标,在发动机总冲恒定的约束条件下,分别建立了固体火箭发动机单室单推模式和单室双推模式的内弹道数学模型和优化模型,采用改进的混合粒子群优化算法,对固体火箭发动机的内弹道特性进行优化设计,求得了全局最优解。仿真结果表明,提出的混合粒子群优化算法具有较好的全局寻优能力和鲁棒性,是解决固体火箭发动机内弹道优化问题的有效方法; 设计的优化策略将某型122 mm无控火箭弹的最远射程提高了3.75%～4.45%,仿真结果对无控火箭弹的总体设计具有一定的理论指导意义。