高超声速飞行器助推段纵向姿态控制

针对飞行器的飞行特点和自身的气动结构,建立了其助推段纵向控制的非线性数学模型,给出了静稳定性和模态特性的分析,发现了飞行器纵向快速发散的动态特性。根据飞行任务和运动特点,从稳定性、频率特性、轨迹敏感性等方面对两种控制策略进行对比分析。结果表明,控俯仰角作为高超声速飞行器助推段的控制律是更为有效合理的纵向控制策略。     

多学科设计优化中的需求建模研究

需求建模的过程就是对产品进行全过程、全系统和全性能建模的过程。具体地讲就是对产品全生命周期进行分解，按时间段建模；或者对产品进行层次分析，用专业理论进行建模；或者按产品在生产、装配和使用等过程中，体现出来的性能对产品进行描述。     

多学科设计优化方法及其在微型飞行器设计中的应用

微型飞行器是复杂的微机电系统,研究涉及微机械设计,微结构力学,微动力学,微流体力学,微气体动力学,微热学,微摩擦学,电子控制等多个学科,阐述了多学科设计优化方法的基本思想,综合考虑了微型飞行器设计在推力,重量,控制,通讯导航等方面的限制要求,探讨了该方法在微型飞行器设计中的应用,并给出了初步应用范例。     

多学科设计优化对象建模理论与技术

在全面分析多学科设计优化对象建模需求的基础上,提出以产品的关联信息为基础,分析不同关系下产品行为视图,构建关联模型、基本模型、性能模型、功能模型、简化模型、分析模型和优化模型,建立了基于关系的多视图产品全模型（WPMPBMV）,并给出了模型的形式化表达和相应的建模算法。最后结合某机翼的气动和结构多学科设计优化问题,建立相应全模型。     

高超声速飞行器的反步滑模神经网络控制系统

针对高超声速飞行器一体化气动布局导致弹性机体与推进系统间的强耦合性,以及跨大空域及高速飞行过程中导致气动特性存在强非线性、不确定性和明显的时变特性,提出一种基于小脑神经网络的高超声速飞行器反步滑模控制策略。首先建立高超声速飞行器纵向非线性数学模型,并采用输入-输出反馈线性化方法,解除多变量之间的耦合关系;然后设计基于反步法的滑模变结构控制器解决系统非匹配不确定性难题;同时为弥补反步滑模控制器鲁棒性不足缺点,利用自回归小脑神经网络(RCMAC)的在线非线性逼近、自学习能力和相应控制结构,设计基于RCMAC的反步滑模控制器。仿真试验结果表明,该方法下高超声速飞行器纵向的高度控制精度可达到0.5m,速度控制精度为0.1m/s,可以保证闭环系统全局稳定,且拥有良好的跟踪性能和鲁棒性能。     

高超声速飞行器模型振动及传力特性研究

提出了一种应用加速度信号研究飞行器试验模型传力特性的方法,采集飞行器试验模型不同位置的振动加速度信号,应用小波包分解方法对采集到的加速度信号进行预处理。对滤波后的信号采用经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)方法进行处理,得到信号的本征模态函数(intrinsic mode functions,简称IMFs),并通过相关系数判别并剔除伪分量。对剩余IMF分量进行希尔伯特(Hilbert)变换,得到信号的希尔伯特谱,并计算不同方向上飞行器试验模型壳体与内部结构加速度信号的能量分布差异,判断各方向上飞行器试验模型传力特性的优劣。结果表明:该方法能够用于飞行器模型的传力特性研究,且飞行器模型各向传力误差分别为0.189 1,0.098 1,0.0377,大部分气动载荷能够有效地从飞行器壳体传递到其内部结构,垂直方向上的力学传递性能最佳。     

几种新型多学科设计优化算法及比较

归纳和评述了二级集成系统综合法、分级目标传递法和子空间自主式优化方法3类基于系统分解的新算法及其改进算法,阐述了3种算法的基本思想、结构体系及其特点,讨论了它们对优化对象的适应性,并从分解标准、级数、收敛性和代理模型等方面对它们进行了比较.     

高超飞行器振动分析

高超飞行器振动对其飞行稳定性的影响至关重要.由于超然冲压发动机的工作特性(姿态误差<1°),这给飞行姿态控制提出了很高的要求也称之为精细姿态控制.使得对于一般飞行器控制中较少考虑的振动因素在高超飞行中成为了成败的关键.振动的来源多种多样,其主要集中于气动弹性所引起的震动、发动机燃烧不稳定所引起的震动和固流耦合引起的震动.文中对其振动发生机理做出了简要的分析,建立了其数学模型.为飞行仿真中建立更详细的空气动力学模型提供素材和依据.     

高超声速风洞试验段环境飞行器颤振的视觉三维测量

测量高超声速风洞试验中模型颤振数据对飞行器安全设计至关重要,接触式传感器测量存在精度低、使用不便等缺点.本文采用非接触式立体视觉三维测量技术,测量试验过程中模型表面关键点的振动变形,为模型颤振分析提供基础数据.为了克服试验过程中试验段内的气压从真空到常压交替变化引起的强烈振动,通过设计视觉测量系统密封装置与气浮减振器,...     

航天高超声速颤振试验填补国内技术空白

正近日,由中国航天科技集团公司十一院1所设计的高超声速颤振试验完成了首次吹风试验。这是我国首次开展的高超声速风洞颤振试验,填补了国内相关技术的空白,结束了国外对此类试验技术长达60多年的垄断。高超声速飞行器受到高超声速流场特性、气动加热、控制等影响,其气动弹性问题比较复杂,国外从上世纪五六十年代开始就进行了大量的气动弹性试验研究,研究了几何外形、结构形式、气动参数、热等因素对舵翼面颤振特性的影响。     

改进的多学科协同优化方法

针对标准协同优化方法系统级优化存在自身内部缺陷而导致计算困难的问题,提出一种改进的协同优化方法.利用凝聚约束处理方法,将系统级优化的多个等式约束凝聚成一个单约束,结合惩罚函数法将其转化为无约束优化问题,并针对系统级优化采用传统优化算法对初始点选取敏感等问题,将改进的粒子群优化算法应用于协同优化.利用数值计算和减速器设计两个典型算例,对所提方法的可行性和有效性进行了验证.     

考虑不确定性的多学科设计优化分解方法

为提高不确定性情况下多学科设计优化分解的合理性,研究不确定性因素对分解目标的影响,提出了考虑不确定性的多学科设计优化分解方法.首先将布尔型函数关系矩阵扩展为相关性一规模两层函数关系矩阵,给出了规模矩阵元素与设计变量不确定性的定量关系.然后针对该矩阵提出了任务规模、任务平均度和任务耦合度的概念,给出了三者的计算方法.在此基础上分析确定了优化目标、约束条件、优化变量,建立了整数规划模型,并应用遗传算法进行求解.最后以齿轮减速器为例进行分解,分解结果证明了本方法的合理性与先进性.     

耦合系统考虑可靠性的多学科设计优化分解方法

为了减少基于可靠性的多学科设计优化的计算成本,提出了一种面向耦合多学科设计优化的分解方法。定义了函数计算成本矩阵来处理可靠性函数的随机性,给出了根据函数随机特征计算函数计算成本矩阵的方法,同时定义了耦合关系矩阵来处理函数之间的耦合性,给出了识别耦合变量集的算法;基于函数计算成本矩阵和耦合关系矩阵提供的信息,改进了整体计算成本等评价指标的度量方法;利用遗传算法进行分解,寻求整体计算成本最小的分解方案;通过电子封装的多学科设计优化算例对上述方法进行了验证,通过与两个已有分解方案的对比表明,该方法能够显著减少整体计算成本。该方法与传统方法相比具有两个优势：一方面可以识别和分解耦合变量,使其能够用于耦合系统的分解;另一方面可以将可靠性函数平均分解到各子任务中,以获得更少的整体计算成本。     

基于白适应蚁群算法的无人飞行器航迹规划

为求解无人飞行器航迹规划问题,提出自适应蚁群算法,区别于标准蚁群算法的全部搜索模式,该算法采用局部搜索模式。首先根据起始节点与目标节点的相对位置关系选择相应的搜索模式,然后计算各个待选节点的转移概率,最后按照轮盘赌规则选择下一个节点。仿真结果表明,自适应蚁群算法具有搜寻节点数少、速度快等优点,在降低了航迹代价的同时,减小了计算时间。此外,自适应蚁群算法可以避免奇异航迹段的出现,从而保证所获的航迹实际可飞,表明所提算法整体性能明显较标准蚁群算法优异。     

面向多学科优化的柴油机本体建模与应用

为解决柴油机产品多学科设计优化过程中的信息模型语义简单、信息无法继承与共享等问题,提出了面向多学科优化过程的柴油机本体模型建模方法。设计了柴油机本体和多学科设计优化本体的顶层结构模型,对建模对象的语义关系进行了分析,针对该模型的多域大结构特点,提出基于Tableau的一致性检查算法。为实现从企业产品数据库到所提模型之间的映射,提出基于语义对准的数据库与该模型的交互技术,实现了基于本体技术的产品数据库中信息集成与语义化操作。设计了柴油机产品多学科设计优化平台的体系结构,开发了原型系统平台,并在该平台上完成了语义检索和语义驱动的多学科优化应用实例,验证了所提技术与方法的有效性和可行性。     

多学科设计优化研究进展

多学科设计优化是一种基于学科分析和优化的集成的系统设计方法论,是解决航天器设计等复杂工程系统问题的有效手段。综述了多学科设计优化的研究进展及其在航天器设计中的应用。重点介绍了系统数学建模、分解与组织技术及多学科设计优化算法等关键技术,讨论了多学科设计优化目前存在的问题和发展趋势。     

一种具有全局稳定性的多学科协同优化方法

针对协同优化对初始点选取敏感和易收敛到局部极值点的问题,提出了一种具有全局稳定性的协同优化方法.该方法采用全局优化和局部优化两阶段优化策略.在全局优化阶段,系统级优化采用较大的松弛因子,在保证学科间一致性的前提下,将初始点优化到伞局极值点附近;在局部优化阶段,逐步减少松弛因子,增强学科间的一致性,得到全局极值点.两个典型的优化算例表明,优化结果不受初始点的影响,有效增强了协同优化的全局稳定性,并具有较好的可行性和收敛速度.     

基于多学科设计优化弹道导弹概念设计研究

为提高弹道导弹概念设计中各学科的协同效应,缩短概念方案研制周期,以设计出综合性能更好、效能更高的飞行器方案,以iSIGHT为集成与优化平台,建立了多学科设计优化弹道导弹概念设计系统,综合弹道导弹概念设计各个学科的知识,应用有效的设计/优化策略,来组织和管理弹道导弹概念设计过程.将混合优化策略应用于弹道导弹重量、弹道和动力一体化优化设计,很好地解决了各学科间复杂耦合带来的计算问题,给出了方案优化结果,证实了该算法的有效性.