高超声速飞行器机翼关键部件损伤特性分析

分析了高超声速飞行器机翼关键部件的损伤演化及飞行器飞行动态对损伤的影响。在建立了高超声速飞行器机翼关键部件损伤动力学模型、飞行器动力学模型以及对机翼关键部件载荷应力分析的基础之上,依次分析了飞行器飞行高度、速度、迎角以及控制舵面偏角等飞行器变量对机翼关键部件损伤动态特性的影响,以确定影响损伤的关键变量。仿真结果表明,相对于其他变量,飞行器迎角对机翼关键部件损伤的影响是最大的。基于此结果可得出当飞行器进行高超声速飞行时,从保证飞行安全与延长使用寿命的角度来看,应尽量限制飞行迎角大小。所得结论为实际工程中结构可靠性设计提供了有价值的参考。     

盲目反卷积算法在高超流场星图复原中的应用

近年来高超声速飞行器的研究受到世界各国的重视,具有重大的军事意义,其中导航、制导和控制是高超声速研究的关键技术。鉴于星光导航有着抗干扰能力强、导航精度高、自助式导航等特点,文中主要研究了高超声速飞行器使用星光导航方法的星图复原算法。考虑到高超带来的气动光学效应,在分析高速层流以及湍流流场的基础上,应用增量Wiener滤波器和有限支持域上的盲解卷积复原算法进行退化星图的复原。针对高速飞行器星光导航对复原星图的要求,仿真分析了复原星图的质心偏差及识别特征量变化。仿真结果显示,有限支持域上的盲解卷积复原算法精度较高,且经复原后的星图,能快速被高速飞行器星光导航系统正确识别。     

一种可行的高超声速飞行器跟踪算法

通过分析临近空间高超声速飞行器的运动特性,建立了高超声速飞行器运动模型,并运用交互式多模型(IMM)算法对其进行跟踪,通过100次蒙特卡罗实验,获得了误差较小的理想跟踪效果,说明了IMM算法用于高超声速目标跟踪中的可行性.     

类HTV-2高超声速滑翔飞行器的本体光辐射特性分析

第二代"猎鹰"高超声速技术飞行器(Falcon Hypersonic Technology Vehicle 2,HTV-2)长时间在大气层中飞行时,气动热是导致本体光辐射特性的主要原因。气动热预测和复杂结构传热温度求解是本体光辐射特性研究的关键。基于类HTV-2高超声速滑翔飞行器的结构以及飞行弹道特点,建立了适用于高超声速滑翔飞行器的气动热、三维有限元传热和本体光辐射耦合计算方法。在算法验证的基础上,通过计算获得了类HTV-2高超声速滑翔飞行器沿假定弹道飞行的本体光辐射特性。结果表明,红外探测器从地面70°方向观测的辐射强度大于从天上-70°方向观测的辐射强度;中波3~5μm光辐射强度明显大于长波8~12μm和短波0.4~0.7μm,因此选择3~5μm波段更有利于对类HTV-2高超声速滑翔飞行器进行探测。     

临近空间目标运动建模与跟踪方法研究

x-43、x-5l等临近空间高超声速飞行器的相继出现,给雷达目标跟踪提出了新的挑战,临近空间高超声速飞行器具有高速度、高机动的特点,常规跟踪算法跟踪性能低,不能满足作战使用要求。本文通过分析临近空间高超声速飞行器的运动特性,建立临近空间飞行器的运动模型,阐述临近空间目标跟踪的技术难点,提出了交互多模型的临近空间飞行器跟踪的方法,并对该算法进行了仿真验证,与传统的跟踪算法比较,该算法的跟踪精度有明显提高。     

高超声速飞行器的轨迹设计与仿真研究

针对高超声速飞行器高速度、高升限、远巡航距离的特点,以高超声速巡航导弹X-43A为研究对象,对其动力学特性进行分析研究,建立飞行轨迹仿真所需要的气动模型、动力模型以及质量模型;并模拟高超声速巡航导弹X-43A试飞试验的飞行轨迹,建立各飞行段弹道仿真模型,构造飞行轨迹并进行仿真验证。仿真结果表明,所得到的轨迹符合高超声速飞行器的实际飞行情况,验证了该轨迹设计方法的可行性和有效性。     

高超声速飞行器楔面激波的光线偏折校正模型

天文定姿是飞行器实现高精度自主导航的重要技术手段之一。高超声速飞行器在飞行过程中会产生激波,造成光线偏折,影响星敏感器的观测和天文定姿导航的性能。现代高超声速飞行器多采用乘波体设计,其载荷舱部分可简化为楔面结构。论文聚焦高超声速飞行器上楔面激波,基于空气动力学理论,给出了高超声速楔面激波结构参数的解析计算方法,以及激波对光线偏折影响的量化测算模型。提出了一种利用解析计算结果控制光线偏折的校正模型,讨论了激波角测量误差在该模型中的传播,证明了激波角测量误差与其引起的校正效果偏差其呈负线性相关。仿真试验表明,在高度20 km、马赫数5-8的条件下,楔面上方形成稳定的激波结构,对入射光线造成的偏折可达6.8";解析计算方法获得的激波角参数与试验结果误差在0.1"以内。这意味着运用该模型来校正光线偏折的误差可以控制在激波角观测误差的量级,可以显著提升观测精度。     

高超声速飞行器积分型 Terminal 滑模控制设计

针对高超声飞行器模型参数不确定和外界干扰对姿态控制的影响,基于高超声速飞行器俯仰通道控制系统,提出一种新的 Terminal 滑模姿态控制方法。通过引入一阶滤波器,结合反演法,克服原来幂次形式引起的最终控制奇异问题;并通过设计的干扰观测器实时观测未知干扰,补偿控制器性能,应用 Lyapunov 稳定性理论严格证明了系统的稳定性,从而保证 Terminal 滑模控制器能有效提高系统动态特性。在气动参数标称与拉偏的情形下进行高超声速飞行器数字仿真,仿真结果说明干扰观测器能快速跟踪干扰,且所设计的 Terminal 滑模控制可以满足飞行器高精度的控制要求。     

高超声速飞行器超螺旋滑模自适应控制

针对具有强耦合性、严重非线性等特性的高超声速飞行器控制问题,提出了一种改进的自适应二阶滑模控制方法。首先,在高超声速飞行器纵向模型中加入不确定因素,建立了具有参数不确定性、模型不确定性以及干扰的控制模型;其次,在所建立模型的基础上,利用类二次型Lyapunov函数设计了基于super-twisting算法的二阶滑模自适应控制器;最后,仿真结果表明,对具有未知上界不确定性的系统,该方法设计的控制器较普通二阶滑模控制器,有更好的跟踪效果以及鲁棒性。     

高超声速平台雷达杂波特性研究北大核心CSCD

高超声速平台载雷达下视时面临恶劣的杂波环境,对其杂波特性的分析是杂波抑制的基础。针对高超声速飞行器雷达杂波估计问题,文中对高超声速载雷达杂波进行了建模仿真,分析了在不同脉冲重复频率下高超声速平台载雷达杂波的距离———多普勒谱特性和空时二维杂波谱特性。并从杂波抑制的角度分析了不同重频体制的优劣,指出了高超声速平台杂波抑制可以折衷选择中等重复频率。     

高超声速再入目标动态红外辐射特性修正计算

针对高超声速目标的红外辐射特性计算困难的问题,提出一种修正的工程计算方法.在传统气动加热工程计算方法基础上,考虑高超声速大气环境的动态影响,采用大气高度作为修正因子,构建高超声速再入飞行器目标表面气动加热的温度动态变化算法,并对典型飞行条件下的高超声速目标红外光谱辐射特性进行了计算分析.     

基于增量动态逆的高超声速飞行器控制律设计

针对传统动态逆鲁棒性差的特点,设计了基于增量动态逆的高超声速飞行器的再入鲁棒控制律。首先建立了高超声速飞行器快慢两个回路的控制模型,通过非线性干扰观测器估计再入动力学外来的强干扰,进行前馈补偿;然后通过状态速率反馈,对快慢回路分别设计了增量动态逆控制律,期望动力学采用了抗干扰能力和收敛速度快的非光滑控制律,提高了系统的鲁棒性;引入了线性跟踪-微分器解决了增量动态逆控制律所需状态速率无法测量的问题。最后,通过仿真验证了所提算法的有效性。     

飞行器升阻比估计误差分析方法研究

升阻比(LDR)是临近空间高超声速飞行器试飞试验时重点考核的指标之一,高精度雷达外测数据是升阻比估计的主要信息源,雷达测量误差到升阻比估计误差之间的传递分析是靶场测控装备论证和试验事后处理需要解决的重点问题.根据高超声速飞行器三自由度运动方程,详细推导了雷达观测到升阻比的变换公式,针对变换高度非线性的问题,采用Unscented变换(UT)实现了对升阻比估计量统计特性的分析,得到了雷达跟踪精度与升阻比精度的误差传递关系.仿真实验表明,文中方法可以实现对临近空间高超声速飞行器升阻比估计误差的分析.     

临近空间高超声速导弹红外特性研究

研究临近空间高超声速导弹的红外辐射特性,对于反临近空间武器系统侦察监视临近空间目标具有重要意义。通过对临近空间高超声速导弹X-51A试验飞行过程的研究,深入分析了高超声速导弹的红外辐射特征,并建立其红外辐射模型。以导弹蒙皮、发动机及尾喷焰作为高超声速导弹的主要红外辐射源,以X-51A试验飞行器为参考,计算临近空间高超声速导弹在3~5μm和8~14μm波段在不同方向上的红外辐射强度,并针对计算结果进行了分析。     

高超声速滑翔式飞行器突防轨迹优化研究

为研究多种约束条件下的高超声速滑翔式飞行器快速突防轨迹优化问题, 提出了基于hp自适应伪谱法的多段优化求解策略。建立了高超声速滑翔式飞行器的运动学模型, 用三次样条插值拟合升力系数和阻力系数。综合考虑动压、过载和热流约束, 建立了考虑禁飞区和航路点的约束模型。详细阐述了hp自适应伪谱法的求解原理, 提出了以航路点为分段点的求解策略, 最后以最小到达时间为代价函数对高超声速滑翔式飞行器再入突防过程进行了数字仿真。仿真结果表明, 基于分段求解策略的最优轨迹能够有效满足各种约束条件的限制, 达到了快速突防的目的。     

基于Gauss伪谱方法的高超声速滑翔飞行器滑翔段轨迹优化

基于一种求解最优控制问题的方法-Gauss伪谱法(Gauss Pseudospectral Method-GPM),研究了高超声速滑翔飞行器滑翔段迹优化问题。本文利用微分形式高斯伪谱方法将飞行器三自由度滑翔段轨迹优化问题转化为非线性规划问题,选取高斯节点上的状态量和控制量作为待优化参数,并将最优性能指标选为纵程最大,然后对滑翔段轨迹进行了求解。以某高超声速滑翔式飞行器为对象进行轨迹优化计算,仿真结果验证了本文的轨迹优化方法具有一定的精度和计算效率。此外,仿真过程还说明高斯伪谱法对状态猜测值并不敏感,算法容易收敛,适用于轨迹优化问题的求解。     

高超声速目标雷达检测方法综述

随着高超声速飞行器的不断发展,对高超声速目标的探测需求愈加迫切,近年来涌现出了大量针对该类目标的雷达检测方法。文中根据检测方法利用目标回波相位信息的情况,将现有方法分为相参积累、非相参积累、相参与非相参组合三大类进行讨论,对各种方法的处理思路及其优缺点进行了分析和总结,并指出当前方法中存在的问题,对高超声速目标雷达检测的发展趋势进行了展望。     

跟踪临近空间目标的衰减记忆最小二乘算法

随着临近空间战略价值的显现,临近空间高速目标的跟踪成为国土防空领域研究的一个热点。临近空间高超声速飞行器具有高机动突防能力,且运动轨迹没有规律,使用常规滤波方法难以实现稳定跟踪。提出一种衰减记忆最小二乘算法,该算法不依赖特定的运动方程,鲁棒性强。仿真实验表明,新算法可以稳定跟踪高超声速飞行器,机动飞行段跟踪连续光滑,具有较高的跟踪精度。     

北京理工大学滕宏辉教授 空天动力技术的“爆轰燃烧”耕耘者

<正>流体力学极大地推动了近代科学技术和工程的进步与繁荣,尤其是在航空、航天、船舶、能源等工业领域。目前流体力学的前沿研究早已今非昔比,尤其是飞行器已经实现了“亚声速-超声速-高超声速”的覆盖,新型飞行器及其衍生的各种尖端技术的应用,对经济、政治、军事等各方面的影响是空前的,并将持续推动人类社会的发展和进步。北京理工大学滕宏辉教授,着眼于高超声速飞行器等领域的新技术研究,在满足国家重大战略需求的同时,面向世界科技前沿和国民经济主战场,提供新思想、开辟新道路,围绕复杂介质流体力学、激波与气相爆轰波、爆震推进中的流动问题等方面展开研究,取得了十分优异的成绩。     

太赫兹波在高超声速目标等离子体鞘套中的传输特性

高超声速飞行器在临近空间飞行过程中会产生等离子体鞘套,这种等离子体鞘套的存在会严重干扰地面与飞行器之间的通信。针对这一问题,在计算球锥流场的基础上,根据流场温度、压强分布以及空气离解反应模型建立了等离子体鞘套模型,并基于时域有限差分方法研究了不同飞行速度、不同入射角度下太赫兹波在等离子体鞘套中的传输特性。结果表明,在不同的飞行速度和入射角度下,太赫兹波都可以有效地穿透等离子体鞘套。该研究对实现临近空间与高超声速飞行器的通信具有重要意义。