高超声速飞行器巡航燃料消耗分析

针对某一高超声速飞行器模型,对飞行器巡航中的燃料消耗进行了分析计算。首先计算了不同高度和速度下飞行器稳态巡航的燃料消耗,得到了要实现某一速度的稳态巡航,则高度必须在一定的范围内,反之亦然的结论。其次,用遗传算法优化得到周期巡航的燃料消耗,结果表明,当飞行迎角在5°附近时,周期巡航燃料消耗较少。最后,对两种巡航状态的燃料消耗进行了比较,得出周期巡航比稳态巡航节省燃料的结论。     

高超声速飞行器冲跃飞行轨迹优化研究

冲跃飞行是高超声速飞行器的典型飞行方式,该飞行方式给飞行器综合性能和设计技术带来了很多潜在优势.以重量最小、飞行距离最长为优化目标,通过分析飞行器的受力状态和飞行过程,以功能原理结合微积分概念为基础,建立了冲跃飞行轨迹优化方法,并开展了仿真研究.     

美国吸气式高超声速巡航弹发展评估

随着美军2022财年预算申请新列吸气式高超声速巡航弹原型样机项目,以及近期"吸气式高超声速武器概念(HAWC)"飞行器成功试飞,美国吸气式高超声速巡航弹发展有加速之势.为准确研判其发展走向,简要分析了美国吸气式高超声速巡航弹发展现状,针对其发展军事需求、技术成熟度以及国防预算等几个方面进行了综合评估,并对其是否发展、技...     

高超声速巡航飞行器及其应对策略

在未来的空袭中,高超声速巡航飞行器具有其它武器所不可比拟的优势,它必将成为一种新威胁.首先分析了该飞行器的卓越性能,然后阐述了它的军事用途,其次分析了它的出现所产生的影响,最后针对这种新型的威胁,给出了几点应对策略.     

高超声速飞行器周期巡航与总体参数关系研究

考虑防热和节能等因素,高超声速飞行器在巡航段应采取周期巡航.采用无量纲参数,将飞行器动力学方程归一化,用胞映射法确定了高超声速飞行器周期巡航的初始条件,并分析了周期巡航与推重比、升阻比等总体参数的关系.得出了大升阻比、高推重比有利于飞行器实现周期巡航以及巡航燃料消耗率主要与升阻比有关等结论.     

高超声速气动热环境工程算法

对高超声速飞行器气动热环境工程算法进行研究.基于Prandtl边界层理论,将流场分为边界层外的无粘流场和边界层内粘性主导的区域,并将两者的工程算法相结合,发展了一套高超声速气动热的计算方法.对于无粘流区,边界层外缘参数的计算采用完全气体模型和平衡气体模型,利用等熵条件来确定;在边界层内部,基于参考焓方法,采用经典热流密度公式,确定物体表面的气动加热.采用此方法对一些简单三维外形进行了气动热计算,证明所述方法具有较高的精度.     

高超声速弹丸头部气动热研究

采用有限体积TVD差分格式求解三维欧拉方程,数值模拟了来流马赫数Ma∞大于5的弹丸流场.利用数值计算求得相关参量,并代入求解热流密度的经验公式,得出弹丸头部的热流密度和温度分布情况.此研究是计算热流密度的尝试.计算结果表明,求出的热流密度分布符合基本规律.     

高超声速炮弹气动数值模拟

针对高超声速弹丸飞行阶段的计算研究中,除了对其进行气动热模拟之外,另一项重要任务就是气动力的计算问题,采用SST k-ω湍流模型,运用AUSM+格式对非定常三维可压缩流体进行了数值模拟,再现了高超声速条件下炮弹周围复杂的流动现象,得到了流场的分布规律.计算结果表明,在研究范围内,高超声速弹翼组合体数值计算结果与工程计算结果吻合较好,为进一步高超声速炮弹研究提供了技术参考.     

基于试验设计和响应面近似的高超声速巡航飞行器多学科设计优化

建立了基于试验设计理论和响应面近似的超燃冲压发动机推进的高超声速巡航飞行器多学科设计优化方法。首先建立外形尺寸、质量估算、气动力性能、气动热性能和推进性能学科的分析模型。模型考虑了学科间的耦合效应，结合弹道方程，形成了飞行器的总体性能模型。然后分别采用D—Optimal设计、Taguchi设计和均匀设计选择设计点，通过多机并行计算完成高超声速巡航飞行器性能分析。根据分析结果，构造响应面近似模型。通过响应面近似模型的优化，完成了高超声速巡航飞行器的多学科设计优化。计算表明，基于试验设计的多学科设计优化方法可以用于高超声速巡航飞行器的优化设计。     

多约束条件下高超声速导弹再入轨迹优化

为研究多约束条件下的高超声速导弹再入轨迹优化问题,提出了分段优化策略的再入轨迹优化方法,多阶段求解最优轨迹。建立了导弹的动力学模型、气动力模型和大气密度的计算模型,在考虑导弹的过载、动压、驻点热流和角度变化率等多种约束条件下,以导弹再入末速度最大和驻点热流最小为目标函数,基于hp自适应伪谱法和高斯伪谱法进行了弹道数值仿真。仿真结果表明,分段优化策略有效减少了计算时间,降低了计算复杂度。     

对某吸气式高超声速导弹的航程优化与分析

对某吸气式高超声速导弹的爬升和巡航段航程进行了优化设计。该导弹为面对称构形,采用火箭基组合循环(RBCC)动力系统。利用非均匀有理B样条（NURBS）对设计变量进行参数化描述,得到非线性参数优化问题,并采用遗传算法求解。对马赫数为5、6、7的3种不同巡航速度下的计算结果进行了分析。结果表明,对于燃油经济性而言,该高超声速导弹的巡航速度不宜太高,在相同燃油消耗总量条件下,马赫数为5巡航时的航程最远。     

高超声速飞行试验助推段弹道优化方法

为减小高超声速飞行试验助推段飞行环境的恶劣程度,提出了一种生成三自由度最优弹道的方法。采用基于攻角编码的遗传算法,并用三次样条对攻角-时间历程进行平滑处理。优化过程首先搜索满足窗口参数的可行解,然后以攻角范围、最大动压、最大法向过载等参数为目标函数,以窗口参数为约束,搜索飞行环境恶劣程度最低的最优化弹道。计算结果表明,该算法能够避免理论弹道中存在局部高风险阶段的情况,并具有良好的鲁棒性。     

高超声速飞行器时间最短弹道优化设计

通过极大值原理推导出时间最短弹道优化问题的必要条件和边值条件.采用遗传算法和邻近极值法求解了最优控制的两点边值问题.从次优化弹道得到攻角的变化规律,再从次优化弹道估计出初始伴随变量的范围,用遗传算法在此范围内优化初始伴随变量找到全局近似最优值,再用邻近极值法满足边值条件和约束条件.算例求解了满足热流和过载约束的最短时间弹道,与次优化弹道进行比较,可知用最优控制方法得到的最短飞行时间小于次优化方法得到的最短飞行时间.     

远程变后掠翼巡航导弹多任务弹道设计及仿真

为研究适配变后掠翼巡航导弹多任务飞行的弹道设计问题,将导弹飞行过程分为爬升、巡航、下滑、盘旋和攻击5个飞行阶段。为了使导弹实现快速平稳的爬升和下滑,并顺利地转入巡航和盘旋阶段,弹道高度采用指数形式的程序飞行高度指令函数,并根据导弹运动方程,解析出高度指令函数关键参数的选择公式; 盘旋段采用覆盖作战区域的圆形弹道,偏航过载指令由与作战区域面积相关弹道曲率得出; 巡航段采用等高飞行直线弹道,攻击段采用自动寻的导引。弹道仿真结果表明,所设计的多任务弹道及指令合理,满足多任务飞行和高精度制导要求。     

临近空间环境对高超声速巡航导弹约束性研究

临近空间独特的环境特点对高超声速巡航导弹的作战使用产生较大影响,需要明确影响的方面和程度.分析临近空间环境要素,提出临近空间高超声速巡航导弹作战能力与优势.针对临近空间环境对高超声速巡航导弹弹道特性、射程、飞行控制的影响开展研究.研究结论具有一定的理论意义与实际价值,可以为高超声速巡航导弹发展提供军事需求牵引和技术发展借鉴.     

气动参数对无安定器航弹弹道特性的影响

依据理想条件下的无安定器航弹刚体弹道模型,通过计算机仿真系统分析了无安定器航弹各气动参数对航弹质心运动和绕质心运动的影响.结果表明,阻力系数变化对无安定器航弹质心运动影响十分显著,升力系数对质心运动有一定影响,阻尼力矩系数和静力矩系数对航弹的角运动特性有较大影响,对质心运动影响很小.全面掌握了气动参数对无安定器航弹弹道的影响特点.研究结果对选择恰当的无安定器航弹弹道模型、建立科学合理的无安定器航弹投弹表编拟方法有指导意义.     

基于IMM模型的周期性跳跃运动高超声速飞行器跟踪算法?

通过对临近空间高超声速飞行器的受力分析,建立了其周期性跳跃运动的数学模型,仿真分析了其运动特性;提出了一种加速度均匀变化的运动模型(constant differential of acceleration,CDA),并与CV模型、CA模型交互,使用引入强跟踪滤波器的交互式多模型算法对周期性跳跃运动进行跟踪研究。结果表明,该跟踪算法比经典IMM算法有更好的跟踪精度。     

高超音速飞行器气动热研究进展

高超音速飞行器具有普通超音速飞行器无法比拟的优势,因而成为航空航天领域重要的发展方向。当飞行器高速飞行时,空气粘性作用将在机体上产生强烈的气动热,这给飞行器的安全造成严重影响,成为制约高超音速飞行器快速发展的瓶颈问题;无疑,掌握气动热变化规律是合理设计高超音速飞行器热防护的基础。本文从实验与数值仿真两方面系统地归纳、总结国内外学者在高超音速飞行器气动热方面的研究成果,并展望其未来的发展。