亚轨道飞行器返回段动力学虚拟样机设计

为进行亚轨道飞行器返回段飞行仿真实验,详细划分返回段动力学虚拟样机层次结构,建立虚拟样机各子系统数学模型,并以此为基础在VPM（Virtual Prototype and Modeling）仿真平台上实现亚轨道飞行器返回段的动力学虚拟样机设计．使用现有的亚轨道飞行器总体方案在该虚拟样机系统上完成虚拟实验,仿真结果表明,该虚拟样机系统设计合理,可以为今后的亚轨道飞行器研制工作提供一定的技术支持．     

高超声速巡航飞行器推进系统建模与仿真

关于飞行器控制优化设计问题,在高超声速巡航飞行器概念研究中涉及多学科设计优化.为了开发出快速预测推进系统性能的超燃冲压发动机模型是非常必要的.在飞行器机身-发动机一体化和Cowl - to-tail气动-推进界面划分的基础上,分别建立了进气道内压段、隔离段、燃烧室、尾喷管模型以及发动机总体性能模型.应用一维流分析方法进行了高超声速巡航飞行器推进系统性能分析.最后以某类高超声速巡航飞行器为研究对象,进行了飞行器推进系统性能仿真.仿真结果表明建立的推进系统模型和使用的一维流分析方法用在飞行器概念研究阶段是可行、有效的,为优化飞行器推进稳定性控制提供参考.     

SINS/GPS/CNS组合导航在高超声速巡航飞行器上的应用

本文简单介绍了高超声速飞行器,并通过分析目前应用较为普遍组合导航方式,提出了采用SINS/GPS/CNS组合导航作为高超声速巡航导弹的中段制导方案.本文采用四元数法进行SINS计算,并运用联邦滤波的方法对组合导航进行了仿真.仿真程序是在轨迹发生器产生高超声速巡航飞行器飞行轨迹及相关参数的基础上进行的,仿真结果表明了高超声速巡航飞行器中制导采用SINS/GPS/CNS组合导航系统的可行性.     

SINS/GPS/CNS组合导航在高超声速巡航飞行器上的应用

本文简单介绍了高超声速飞行器,并通过分析目前应用较为普遍组合导航方式,提出了采用SINS/GPS/CNS组合导航作为高超声速巡航导弹的中段制导方案。本文采用四元数法进行SINS计算,并运用联邦滤波的方法对组合导航进行了仿真。仿真程序是在轨迹发生器产生高超声速巡航飞行器飞行轨迹及相关参数的基础上进行的,仿真结果表明了高超声速巡航飞行器中制导采用SINS/GPS/CNS组合导航系统的可行性。     

高超声速飞行器姿态控制系统设计

研究气动特性是飞行器姿态稳定性的保证,高超声速飞行器采用姿态控制有助于提高作战效能及生存能力.针对高超声速飞行器作战环境复杂,大气密度偏差大、力/力矩系数不准确造成气动参数偏差较大等特点,采用参数空间方法来设计姿态控制系统.首先建立适用于姿态控制系统的高超声速数学模型,在高超声速气动特性条件下,提出三回路姿态稳定控制系统,根据参数空间方法的原理设计出各回路控制器,最后进行仿真分析验证控制系统的性能.仿真结果表明当气动参数存在较大偏差时,采用基于参数空间法设计的高超声速姿态控制系统可以确保对指令的精确跟踪,并且具有较强的鲁棒稳定性.     

吸气式高超声速飞行器多学科优化设计研究

在冲压发动机推进特性问题的研究中,高超声速飞行器是一种多学科强耦合的先进飞行器,传统的设计方法一般只考虑某一个性能和学科,造成设计性能不理想,而多学科优化设计(MDO)能够探索和充分利用工程系统中的协同机制来实现复杂飞行器的设计.为优化推进技术,完善设计,提高航程,用多学科优化设计方法对高超声速飞行器进行了优化设计.建立了包括空气动力学、推进系统、结构质量以及弹道航程等多个学科模型在内的多学科优化平台.进行仿真,结果表明满足各个学科约束的条件,使得飞行器的航程提高 12.94%.同时也说明文中针对高超声速飞行器搭建的多学科优化平台是可行的,为优化设计提供厂保证.     

高超声速飞行器非仿射模型的预设性能反演控制

针对高超声速飞行器高动态、快时变、强耦合、不确定与多约束的非仿射模型,设计了一种无需估计和逼近的新型预设性能反演控制方法.首先将高超声速飞行器纵向运动模型分解为速度子系统和高度子系统并表示为非仿射形式,并对两个子系统分别设计新型预设性能反演控制器.所设计的控制器不再需要虚拟控制律对时间反复求导,从而避免了"微分膨胀问题".其次通过设计性能函数,保证跟踪误差限定在预期范围内,使控制器具有满意的动态性能和稳态性能,同时明显降低了计算量.最后,通过仿真验证了控制器的有效性及可行性.     

采用高抛弹道的反临拦截器制导律设计

高超声速武器拦截由于相对速度极快,机动能力、速度均不占优势,因此需要进行高精度的中、末制导研究。本文以临近空间高超声速巡航飞行器为拦截对象,提出了采用高抛弹道拦截的设计思路,针对临近空间飞行器的弹道特征和机动性能,设计高抛弹道的初、中、末复合制导律,并对目标进行不同机动模式的拦截效果进行分析,仿真结果表明,基于高抛弹道的拦截器能够有效拦截巡航类高超声速临近空间目标。     

近空间高超声速飞行器控制的几个科学问题研究

近空间高超声速飞行器的特点给其建模和控制带来了新的问题.本文 首先分析高超声速飞行器的特点,进一步给出 大包络飞行的统一模型.其次,总结了高超声速飞行器巡航控 制、再入姿态控制研究的现状,强调了弹性、非最小相位、再入制导控制一体化设计等问题. 最后,结合高超声速飞行器的发展,阐述了高超声速目标的拦截问题,提供未来可供研究的方向.     

基于特征模型的高超声速飞行器自适应控制研究进展

钱学森先生1945年在论文《论高超声速相似律》中,首次提出了高超声速(hypersonic)的术语.高超声速飞行器具有的强大的军事和民事应用前景,20世纪80年代初,在世界上掀起了研究和发展高超声速飞行器的热潮,其中高超声速飞行器控制是其关键科学和技术问题之一.高超声速飞行器的研究取得了大量理论成果,与其形成鲜明对比的是,高超声速飞行器在试飞实验中却遇到了很大困难,例如X–51A,HTV–2.这种现象不得不引发我们进行深入思考.由于高超声速空气动力学研究的局限性,导致目前所建立的高超声速飞行器的动力学模型,与真实系统相比,其结构和参数不确定性非常大,它从根本上限制了控制理论和方法的研究.并且由于高超声速飞行器动力学模型的复杂性,导致目前工程应用中的控制方法复杂化.因此,针对高超声速飞行器控制问题,需要深入开展气动、控制交叉学科的研究,以及适于工程应用的自适应控制的研究.针对上述问题,我们开展了一定的研究.我们建立了三轴耦合的高超声速飞行器被控对象类X–20及其气动模型,并结合工程应用,直接针对表格形式的气动模型开展控制研究.针对强耦合和无解析动力学的控制问题,特征模型理论有其独特优势.近年来,我们系统研究了基于特征模型的高超声速飞行器的爬升、滑翔和再入控制问题.本文首先介绍特征模型理论和方法,进而综述和分析基于特征模型的高超声速飞行器自适应控制的研究进展,并提出进一步需要研究的问题.     

带有干扰观测器的高超声速飞行器滑模控制

针对高超声速飞行器非线性和易受干扰影响的特点,提出了带有扩张状态干扰观测器的连续滑模控制方法.在对飞行器非线性模型做线性化处理的基础上,设计了一种连续时间滑模控制器.该控制器在对不确定性和未知动态保持鲁棒性的基础上,消除了传统滑模中存在的抖振现象.对系统中存在的外加干扰,设计了扩张状态干扰观测器.将外加干扰作为系统的一个状态变量被估计出来,再将估计值用作滑模控制器的补偿量,进而达到消除外干扰的目的.在高超声速飞行器巡航飞行状态的基础上进行了仿真.仿真结果表明,所提出的方案能够满足控制要求.     

重型车辆虚拟试验平台的构建

虚拟试验是一种先进的计算机仿真技术,在虚拟环境中利用数字化样机代替物理样机,对产品的性能进行试验分析.构建一个虚拟试验平台,可以开发能够进行车辆的调试、检测及性能评估的虚拟环境,对于高效、低成本地进行产品研发起到相当重要的作用.通过分析重型车辆在设计过程中所涉及到的各种试验的类型及特点,提出一种构建虚拟试验平台功能的模式.该模式基本解决虚拟试验平台构建所面临的功能和结构问题.     

综合传动系统虚拟样机建模与仿真平台研究

液力机械综合传动系统是现代履带装甲车辆的主要传动形式,都为系列化产品.传动系统虚拟样机技术是提高设计质量,缩短研制周期的重要技术之一.通常的方法是采用分块建模,手动组装,效率低,难以满足新型传动系统及部件快速设计性能仿真的需要.采用自顶向下设计方法,基于模块化和参数化思想,以动力学软件ADAMS为开发平台,综合运用ADAMS/Solver语言和cmd命令建立一个以模块为基元、能够自动化搭建车辆传动系统的虚拟样机建模仿真平台.应用表明,该平台满足了传动系统性能仿真平台快速构建的需要,达到缩短传动系统的研制周期的目的.     

飞行器性能样机虚拟试验系统研究与实现

为实现航天飞行器研制中性能样机模型的充分利用,提出了飞行器性能样机虚拟试验系统的总体方案,通过试验基础数据库、试验数据管理、验证辅助工具、虚拟试验应用等子系统划分和工作流程设计,提供对虚拟试验的全流程支持。系统突破了试验数据对象化管理、试验流程建模等关键技术,并基于虚拟试验支撑平台VITA完成了相应系统实现,在多个飞行器研制过程中开展了典型应用。     

CONSTRAINING HEAT INPUT BY TRAJECTORY OPTIMIZATION FOR MINIMUM‐FUEL HYPERSONIC CRUISE

Unsteady heat input effects are considered for the range cruise of a future hypersonic vehicle equipped with a turbo/ram jet engines combination. A realistic mathematical model for describing the unsteady heat effects has been developed. It is coupled to the model for the dynamics of the vehicle. To compute the heat load in hypersonic flight, several points on the vehicle surface are treated simultaneously. A two‐step technique consisting of an efficient optimization algorithm and an ordinary differential equations (ODE) solver is applied to generate a solution. The results show that the heat load can be significantly reduced, with only a small increase in fuel consumption.     

A Hybrid MAV for Ingress and Egress of Urban Environments

Small bird-sized aerial robots are expendable and can fly over obstacles and through small openings to assist in the acquisition and distribution of intelligence during reconnaissance, surveillance, and search-and-rescue missions in urban environments. However, limited flying space and densely populated obstacle fields require a vehicle that is capable of hovering but is also maneuverable. A secondary flight mode was incorporated into a fixed-wing aircraft to preserve its maneuverability while adding the capability of hovering. An inertial measurement sensor and onboard flight control system were interfaced and used to transition the hybrid prototype from cruise to hover flight and sustain a hover autonomously. Furthermore, the hovering flight mode can be used to maneuver the aircraft through small openings such as doorways. An ultrasonic and infrared sensor suite was designed to follow exterior building walls until an ingress route was detected. Reactive control was then used to traverse the doorway and gather reconnaissance. This paper describes the holistic approach of platform development, sensor suite design, and control of the hybrid prototype.     

协同森林灭火演练系统的实现及其关键技术研究

针对森林灭火演练的需求和根据分布式协同技术及现代计算机硬件技术的发展 ,以遥感影像为主要数据源、结合地理信息系统并以漳浦林区为实验区、Vega为内核在VC6.0平台上自行设计了一个“虚实结合”的消防汽车、飞机协同灭火虚拟地理环境的原型系统。该系统包括实景三维重建 (大地形三维可视化、树木建模、特殊效果生成 )、自然规律模拟、协同防火、二维导航地图四个模块 ,简单实现了火灾的蔓延效果及局域网间协同灭火整个过程 ,并对遥感快速建模及林火蔓延数学模型、特殊效果等关键技术进行研究     

虚拟原型多体动力学中设计模式仿真模型研究

通过分析机械系统多体动力学解算模型特点。从机械产品的协作开发与仿真角度。研究了基于组件方法建立机械系统虚拟原型,提出利用MVC设计模式构建多体动力学解算仿真模型。这种解算模式,实现了多体动力学解算仿真中。模型与解算逻辑的分离,维护了系统仿真中构件、铰约束、力元等组件的状态一致性。利于在不同的解算逻辑下组件和仿真方案的配置,方便了基于组件的协同开发与仿真。结果表明,基于组件的机械虚拟原型模型与多体动力学MVC仿真模型是可行的。