简易控制火箭靶弹总体设计

为模拟火箭靶弹平飞和俯冲类目标的运动特性,设计了火箭靶弹总体方案,建立了火箭靶弹总体设计数学模型,进行了火箭靶弹参数优化设计.基于大射程火箭弹,通过调整原型火箭弹气动外形和结构组成,加装鸭式控制舵面,进行俯仰角程序控制,在被动飞行段实现有攻角飞行,可延长滞空时间,实现准平飞弹道.简易控制火箭靶弹具有高供靶精度、低成本和低风险等显著特点.     

基于有控方案的超声速火箭靶弹平飞弹道设计

考虑基于无控方案实现火箭靶弹平飞弹道存在诸多不利因素,提出了一种通过在原型弹上加装鸭舵和简易控制装置实现火箭靶弹平飞弹道的设计思路,并对总体方案进行了阐述。最后根据气动特性数据和弹体结构数据,仿真计算了靶弹在不同条件下的飞行弹道,并结合计算结果对供靶方案进行了分析。仿真结果表明:通过选择不同的发射角和控制舵偏角程序,能够使靶弹获得相对平直的飞行弹道。     

固体运载火箭多约束弹道优化

主动段弹道设计及优化对提高固体运载火箭运载能力具有重要的意义.提出两种有利于工程实现的主动段俯仰程序角设计方法,分别为末级一次开机方式和末级两次开机方式.基于遗传算法与序列二次规划法组成的复合优化算法,实现了两种程序角对应的弹道优化仿真计算,并进行对比分析.仿真结果表明采用末级两次开机的方式可有效提高火箭运载能力.     

长征五号运载火箭在线调姿规划方法

长征五号火箭末级飞行段采用迭代制导控制方式,程序角在线规划生成,终端程序角不再是标准弹道程序角.由于迭代制导程序角终端值不固定,传统火箭使用的转动固定角度的调姿方式不能适用,因此调姿段需要采用在线规划的调姿方式.提出"三通道程序角在线调姿规划"和"程序四元数在线调姿规划"两种在线调姿规划方法,分别对三通道程序角和程序四...     

基于前置反馈补偿的火箭靶弹解耦方法

针对基于插值法计算的解耦方法的反馈增益精度不高,以及采用非线性解耦算法需要的模型精度高,计算量大的问题,提出了基于前置反馈补偿的火箭靶弹解耦方法。该解耦方法在靶弹运动学和控制频域模型基础上,将开环传递函数矩阵分解为运动学耦合和控制耦合,通过引入一个预补偿器,使得运动和控制耦合的传递函数矩阵是对角占优的,便可以将补偿后的俯仰、偏航通道进行单独设计,进而实现靶弹姿态和过载解耦控制系统的设计。仿真结果表明,采用前置反馈补偿解耦方法有效解决了旋转靶弹俯仰和偏航通道之间的耦合效应,并且具有解耦器结构简单,动态响应性能好等优点。     

一种用于大空域靶弹的高度控制系统优化设计方法

作为多用途的靶弹,必须在大空域平飞.针对研究对象,在高度控制系统设计中,引入多目标多约束的随机射线优化方法.在约束条件一定的情况下,合理选择俯仰角稳定回路和高度稳定回路控制参数以及各种程序指令信号的大小和工作时间,使得靶弹的上升时间最短,超调量接近于零.全弹道仿真结果表明,用这种优化方法所设计的高度控制系统能成功实现所要求的大空域平飞.     

巡航导弹模拟靶平飞弹道设计

应用外弹道学、导弹飞行力学知识，提出了一种实现巡航导弹模拟靶无控平飞的设计方法，其主要思路是用予置平衡攻角α0产生升力抵消靶弹的重力，用发动机推力补偿速度损失，并用陀螺舵、上反翼、重心下移等措施防止靶弹旋转，形成平飞．算例表明这种设计可获得相对平直且距离满足要求的弹道．     

速燃弹道导弹飞行程序角设计方法

以某类弹道导弹为研究对象．通过仿真计算研究了经典飞行程序角工程设计方法的局限性;在分析速燃发动机飞行特点的基础上．提出了适于速燃发动机的弹道导弹主动段飞行程序角设计的改进方法。仿真计算表明,采用新的设计方法将降低控制系统控制难度,飞行环境也得到一定程度的改善。     

某种飞行器运动学轨迹建模与仿真

针对大型联合作战仿真系统需求,建立某种飞行器运动学仿真轨迹模型。讨论了射击诸元(射击方位角、俯仰程序角、初始装订参数等)的确定方法,建立了在射击平面上的飞行器主动段运动学方程组和末速修正飞行段的关机方程,推导出由平台误差分离系数到飞行器飞行主动段终点偏差的误差传递关系,然后利用椭圆轨迹理论将主动段终点偏差折算为落点偏差,并完成了轨迹数据由发射坐标系向地心大地直角坐标系的转换关系模型。仿真计算结果与飞行试验数据比对一致性好,证实了该方法的可行性。     

基于转动矩阵法的火箭上面级机动程序角设计

提出一种运载火箭上面级机动程序角设计方法。采用多个参考坐标系之间的转换关系,计算转动矩阵,最终求解出上面级的飞行程序角。经过数值仿真,验证了本方法的可行性。火箭上面级作为基础级火箭和卫星等有效载荷之间的纽带可以采用此方法进行轨道设计以满足不同有效载荷对轨道参数的要求。     

基于高斯伪谱法的二级助推战术火箭多阶段轨迹优化

针对二级助推战术火箭在多种约束下的高精度轨迹优化问题,提出了一种基于高斯伪谱法（GPM）的多阶段轨迹优化方法。针对二级发动机的工作特点,将全弹道划分为发射段、爬升段、续航段和制导攻击段4个阶段。为了提高禁飞区或敌方火力覆盖区附近的优化轨迹精确度,引入准接触点概念,将全弹道进一步进行阶段细分,并以连接点确保相邻阶段的顺利连接。利用GPM将轨迹规划问题转化为非线性规划问题进行求解。为了进一步提高计算效率、降低初值设置的难度,设计了基于初值生成器的迭代策略,实现了二级助推战术火箭多阶段轨迹优化。充分考虑飞行器各阶段飞行特点和约束,通过数值算例表明了该方法的优点。仿真结果表明,所提优化方法求解效率高,能够得到可行的最佳轨迹。     

基于线性引力场的运载火箭弹道设计研究

为了解决运载火箭末级小推重比情况下最优弹道设计的问题,达到火箭入轨速度损失更小、消耗推进剂更少的目的,采用更加准确的线性引力场模型,通过简化偏航程序角和协态变量,将真空飞行段最优推力方向转换为含有5个约束条件的两点边值问题进行求解,进而通过积分运动方程得出最优弹道.此外,结合运载火箭飞行的特点对迭代初值进行了研究,提出...     

有限推力机动变轨能力包络快速计算分析

通过设计加权的组合性能指标函数,将机动变轨能力包络计算评估问题转化为一系列使组合性能指标最优的飞行任务规划问题求解,并采用求解精度高、收敛速度快的伪谱结点-非线性规划方法将存在多个推进-滑行段的最优任务规划问题离散转换并快速求解。算例仿真表明,采用该方法可以综合评估限定推进剂耗量、程序角速率限幅等约束下的机动变轨能力包络,给出满足可控性要求的最优飞行轨道,进而可以增强小推力长期在轨机动飞行器的多样化任务适应能力。     

升力式飞行器助推段多约束弹道优化设计

升力式飞行器助推段弹道设计面临着复杂大气飞行环境下多约束耦合条件下的运载能力优化难题,需要在满足分离高度、攻角量值与变化率限幅、入轨点高度与倾角等约束下,通过设计助推段程序角,使得入轨点速度最大.为了寻求一种快速解决这一问题的工程设计方法,以三级固体运载器为研究对象,提出了升力式飞行器助推段多约束弹道设计方法,通过设计...     

可重复使用助推飞行器轨迹优化研究

在充分调研国内外轨迹优化方法的基础上,针对可重复使用助推飞行器飞行过程中有一段大攻角飞行且期间还需进行一次大角度翻转的飞行模式,以俯仰角为最优控制量,采用直接打靶法和序列二次规划法,选择速度作为过渡量,将分离点至再入结束点的飞行过程分为调姿转弯段和再入段进行优化.分析了过渡速度和分离点处弹道倾角的取值,得到了较为合理的过渡速度和分离点处弹道倾角的取值范围,进行了该飞行过程的全段轨迹优化.仿真结果表明本文给出的优化策略能较好地获得一条满足约束条件的优化轨迹.     

可重复使用运载器滑翔段轨迹快速优化方法

针对滑翔段轨迹多约束、强耦合、高非线性等特点,设计了一种全新的纵向飞行剖面,实现了终端约束和拟平衡滑翔条件的自动满足,并将滑翔段轨迹优化问题转化为一个双参数寻优问题。同时考虑倾侧角大小及其变化率约束,对侧向轨迹进行了设计。最后,设计了一种改进粒子群优化算法,通过外点法对约束条件进行处理,并提出一种变异策略对种群多样性进行准确控制,避免粒子陷入局部最优。仿真结果表明,该优化方法能够快速生成满足所有约束条件的最优滑翔轨迹;对于航程超过3000 km的场景,轨迹优化平均时间仅为5.94 s,最大终端相对误差不超过1%。     

基于Gauss伪谱法的滑翔弹道快速优化

针对远程精确制导炮弹弹道优化问题,给出了一种基于Gauss伪谱法的滑翔弹道快速优化方法。以制导炮弹飞行时间为性能指标,考虑一阶动力学滞后,引入虚拟控制量,并将其作为优化变量,为保证攻击效果,对滑翔末端弹道倾角和速度值进行了约束,建立了纵向平面内弹道优化模型。利用Gauss伪谱法对状态量和控制量进行了离散,将最优控制问题转换为非线性规划问题,并利用序列二次规划法对其进行了求解,最后将求解结果与传统的直接打靶法进行了对比。结果表明,该方法具有较高的优化效率,能够快速计算出满足各种约束的滑翔弹道,具有在线优化的潜力。     

基于导航点改进Gauss伪谱法规划滑翔导弹航迹

为了研究滑翔导弹的航迹规划问题,利用优化理论,规划了多约束条件下导航点之间的航迹。基于导航点位置改进Gauss伪谱法(Gauss pseudospectral method,GPM),利用改进GPM离散控制变量和状态变量,将最优控制问题转化为非线性规划问题,利用改进序列二次规划算法求解。GPM求解分段航迹规划问题,需要迭代获取下段航迹的飞行时间,降低了算法效率。改进GPM能够有效弥补单纯以时间为自变量带来的诸多规划中的不足,具有更为宽泛的优化目标适应能力。算例结果表明,改进后的算法能够准确、高效地规划一条合理的航迹,满足飞行约束条件。     

火箭拖拽布撒网系统建模与动力学分析

布撒网系统利用火箭拖拽将网体布设至目标区域、完成雷区清障任务,研究其展开动力学过程,对系统设计有着重要的理论指导意义。基于刚体动力学及多体系统动力学中的集中质量方法,分别建立了火箭及柔性布撒网块的三维动力学模型,给出了系统动力学方程。利用4阶 Runge-Kutta法解算系统动力学方程,通过数值模拟计算分析了布撒网飞行布设准确性的影响参数。通过集中质量模型与多刚体模型对比,分析二者仿真结果中的火箭弹道、质心速度和俯仰角等关键动力学参数,研究了火箭拖拽布撒网系统的基本飞行动力学特性,得出集中质量模型的准确性更高。根据工程实际研制出火箭拖拽布撒网系统的试验样机,并完成了样机的场地飞行试验。结果表明：数值计算与试验结果吻合良好,系统布设到位率达到90%以上。