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。     

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.     

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。     

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.     

基于遗传算法的制导炸弹最优滑翔弹道研究

建立了制导炸弹铅锤平面内最优滑翔弹道问题的最优控制数学模型。为了克服传统数值优化方法对初始值敏感的缺陷及基于单一策略的混合遗传算法开发和探测搜索解空间所存在的矛盾性,提出采用基于自适应变尺度混沌遗传算法来求解最优滑翔弹道问题。一方面利用混沌运动的特性来保持群体的多样性,另一方面利用自适应变尺度来缩小搜索空间,提高算法效率。研究结果表明改进遗传算法能应用于求解弹道优化问题。最后分析了制导炸弹的最大射程滑翔弹道特性并得出结论。     

基于伪谱方法的机动弹道优化研究

文中从多约束最优控制的角度对最优机动弹道进行了研究。首先建立无量纲化的弹道动力学方程组并提炼出关键性能参数;其次使用Legendre伪谱方法将多约束的机动弹道优化问题转化为非线性规划问题,并采用序列二次规划方法进行求解。优化算例结果表明文中的优化模型与优化方法是合理可行的。此外,对弹道模型性能参数与最优机动射程之间的关系进行分析,结果表明:最大升阻比对机动射程影响较大,参考升重比对机动射程具有一定影响。     

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。     

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。     

滑翔飞行器多投放条件下飞行性能优化

滑翔飞行器一般可在较大空域和速域范围内的多种条件下投放使用。为综合提升滑翔飞行器多投放条件下的射程,以飞行性能分析中的最大射程分析为核心,兼顾最大射程的制导控制系统设计实现问题,建立包含几何外形、气动、结构质量和飞行性能4个学科的多学科分析模型。前3个学科主要为飞行性能分析提供必要的数据支持;飞行性能学科模型则在控制系统、弹道和制导律设计基础上,采用弹道仿真进行最大射程分析。针对滑翔飞行器增程优化对满足约束的初始设计方案需求,以美国联合防区外武器为参考,设计了满足约束的初始方案。在此基础上,对初始方案进行多投放条件下飞行性能分析。结果表明：初始方案的飞行性能与联合防区外武器的实际能力接近;调用多学科分析模型用于增程优化中不同设计方案的评价,最终方案的综合射程得到一定提升。     

滑翔增程弹弹道优化设计研究

研究了炮弹的增程优化设计,建立了滑翔增程弹的运动模型,为了简化问题及获得良好的弹道,提出分段优化全程弹道的方法;全程弹道分为弹道段、滑翔段,采用不同方法对各段进行优化,包括最佳射角设计、能量损失最小弹道设计、最优滑翔设计等,从而使得整个弹道达到最优;通过对某型炮弹为对象的数字仿真,所设计的弹道能够实现最大增程效果;研究结论对滑翔增程炮弹弹道优化设计具有一定的参考意义。