回转体大攻角非线性流体动力特性及应用方法

在故障导弹或分离助推器溅落弹道散布过程中,弹体进入全沾湿状态时具有较大的攻角和侧滑角散布范围,弹体流体动力特性具有大攻角非线性特征,空间流体动力特性耦合显著,常规方法难以准确描述。针对轴对称体的特点,提出采用总冲角和相位角概念来描述和解决回转体大攻角流体动力关联仿真问题。然后应用CFD分析获得了柱体在0～180°攻角范围内的非线性流体动力特性,并分析了长细比和重心位置的影响,可供入水弹道仿真参考。     

基于FLUENT的微型修正弹药气动特性仿真

研究微型修正弹药的的气动外形结构优化设计问题.由于传统的气动力参数计算方法,计算新型修正弹的气动力参数会造成大的误差,不利于弹道参数计算和飞行稳定性校核.针对上述问题,提出采用计算流体动力学软件Fluent对修正弹进行非结构化网格划分,利用密度基显式求解法,对修正弹在不同攻角、不同飞行马赫数下的气动力进行了仿真计算,得到了修正弹药的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数随飞行马赫数和攻角的变化规律,以及弹丸表面的压力分布和来流速度分布,并对仿真结果进行分析.结果表明,计算所得气动参数符合修正弹外弹道学规律,较好地模拟了弹丸跨音速时的飞行状态,可以为微型修正弹药的制导外形设计提供依据和参考.     

助推——滑翔增程弹弹道优化

研究在给定射程条件下的火箭助推滑翔增程弹最短飞行时间弹道优化问题,为提高作战效能,提出建立纵向平面内弹道优化模型.最短时间弹道优化模型以射角、助推火箭点火时刻、滑翔攻角为优化变量,并考虑了优化变量的约束.以射程为自变量而不再以时间为自变量,以便采用序列二次规划法作为其优化算法.以某型火箭助推滑翔增程弹为对象进行数值仿真,结果表明,优化的滑翔攻角曲线平滑,滑翔弹道平直.在给定射程条件下最短飞行时间可作为实际作战中的方案弹道,实现对地面固定目标的快速打击,为弹道优化提供了依据.     

受控旋转弹飞行动力学建模和稳定性分析

选取带有控制系统的旋转弹为研究对象,考虑到控制环节不可避免的时滞及气动非线性效应,从理论上进一步完善了旋转弹动力学模型.从模型的特征方程出发,以时滞、控制增益为分岔参数,对系统的零平衡点稳定性进行了分析,得到平衡点失稳后发生Hopf分岔的临界参数值,并在理论预测的情况下数值模拟了攻角和侧滑角在不同情况下的失稳情况以及Hopf分岔周期解振幅随分岔参数的变化情况.数值结果表明了理论预测的正确性,时滞虽未改变旋转弹锥形运动方式,但是却大幅度的减小了稳定飞行控制增益的取值范围,因此在旋转弹姿态稳定性系统设计过程中时滞的影响不可忽略.     

超空泡射弹对硬铝薄板的斜侵彻特性研究磁

运用ANSYS／LS‐DYNA动力学仿真软件对超空泡射弹斜侵彻硬铝薄靶进行数值模拟,获得了不同弹着角和攻角下破口形状尺寸、射弹运动轨迹、弹道极限速度等参数的变化规律,从定性的角度着重探讨了弹着角和攻角的存在对侵彻效能的影响。仿真分析表明,侵彻过程中弹着角和攻角的存在会引起弹道的偏转和射弹应力的升高,从而降低射弹的侵彻能力。然而弹着角和攻角均会导致靶板损坏尺寸的增大,更有利于靶板的毁伤。     

二维弹道修正弹静态侧向气动特性仿真研究

为研究差动舵位于攻角平面内时旋转稳定二维弹道修正弹的侧向气动特性,基于雷诺平均Navier-Stokes方程,采用有限体积法、SLAU2计算格式和标准可压SA-noft2湍流模型,建立了一套数值计算方法,并通过M910子母弹对方法进行了验证.通过对不同攻角下"+"形修正组件布局的二维修正弹进行仿真,得到了侧向气动力和力矩随攻角的变化关系,分析了修正组件对局部流动和弹丸表面压力系数分布的影响规律.结果表明,在有攻角的情况下,差动舵能使空气产生侧滑角的效果,形成侧向效应,侧向力和力矩随攻角呈线性关系.静态侧向力矩与动态侧向力矩量级相,方向由迎风区鸭舵造成的偏流所主导.     

小尺度回转体出水过程弹射试验系统设计

为了研究潜射导弹出水过程中肩尾空泡的运动特性及其对导弹出水运动姿态的影响,设计了一种可供实验室条件下使用的小尺度回转体出水过程弹射试验研究系统。该系统通过钟摆机构与活塞机构将摆球的重力势能转换为回转体的动能实现发射,利用高速摄像系统观测试验现象,分析弹体出水过程中肩尾空泡的动态特性及其对弹体运动姿态的影响,指出弹体垂直发射情况下带泡出水过程肩空泡具有较清晰的边界,表明利用边界元方法计算空泡特性的可行性,并且当发射具有初始攻角时,肩空泡迎背流面压差对于弹体形心产生回复力矩有利于导弹运动姿态的调整,对于导弹水下发射的水弹道设计具有参考价值。     

战术导弹的离散突风响应及动载荷计算研究

研究了战术导弹在穿越离散突风区域时,弹体的动力学响应及产生的动载荷.首先,给出了导弹在穿越突风区时的运动方程,其中不仅考虑了弹体的刚体运动,而且考虑了弹体各分站位置及空气舵位置的结构动力学响应引起的附加攻角,以及突风对空气舵的滞后影响效果等.其次,建立了导弹结构动力学模型和"1-cos"突风模型,并给出了弹体动载荷计算公式.最后,通过算例研究了导弹在穿越突风过程中,弹体的动力学响应以及载荷计算问题.     

一维弹道修正弹飞行稳定性研究

为分析一维弹道修正弹阻力片不同修正能力下,其打开后对弹丸飞行稳定性的影响大小,以某型100 mm一维弹道修正弹为研究对象,运用Simulink软件建立了6自由度刚体弹道模型,通过设置不同仿真条件,利用阻力片打开后弹丸攻角变化、陀螺稳定性判据、动态稳定性判据判断弹丸飞行稳定性;求出了在阻力片分别产生原来弹丸阻力系数3倍、4倍、5倍阻力下,为保证弹丸飞行稳定应控制阻力片打开后产生的新的静力矩的极限值应分别小于原弹丸静力矩的3倍、3.5倍、4倍;通过研究阻力片打开时间对弹丸飞行稳定性的影响,结果表明,阻力片打开时间越晚其对弹丸飞行稳定性的影响越大;分析了阻力片一定修正能力下,以不同射角射击时为保证阻力片打开后弹丸飞行稳定性,阻力片最晚打开时间。     

航空布撒器倾斜转弯自动驾驶仪设计与仿真

航空布撒器动力学具有非线性、强耦合、大参变的特点.针对动力学模型耦合和气动系数不确定性,给出了倾斜转弯自动驾驶仪的三通道独立设计方法.首先,采用混合灵敏度理论设计俯仰和滚转通道自动驾驶仪,以保证弹体在大空域范围内有较好的指令响应特性和稳定性.针对快速滚转引起的耦合,在偏航通道中引入攻角和滚转角速率信息,实现滚转/偏航运动解耦,抑制侧滑角.全弹道仿真表明,该方法设计的驾驶仪能适应大范围的气动参数变化,具有很好的鲁棒性,并能有效地实现倾斜转弯控制的好r forl coordinated law for yaw channel is givenaft Using .     

Coning motion stability and decoupling methods analysis of spinning missiles with angle-of-attack feedback autopilot

The angle-of-attack (AOA) three-loop feedback autopilot is an improved three-loop autopilot that has been widely employed in missile control systems. For spinning missiles, however, unstable coning motion can be induced by the cross-couple effect. For spinning missiles with an AOA feedback autopilot, this paper analyzes the coning motion stability with the consideration of the augmentation loop and the position of the accelerometer and compares the performance of three decoupling methods. First, a novel double-channel actuator AOA three-loop autopilot is established, and the sufficient and necessary condition of coning motion stability is proposed analytically on account of the complex system equations. The stability condition shows that the stable region of the design parameters for the autopilot shrinks as a result of the spinning condition. Moreover, methods associated with actuator dynamics, control coupling, static stability, and the decoupling method of setting the lead angle to the control system are presented to improve the stability of spinning missiles. Numerical simulations are implemented to demonstrate the accuracy of the proposed methods, whose results illustrate that the stability conditions can guide AOA autopilot design for the flight stabilization of spinning missiles.     

基于粒子系统的火箭尾焰实时模拟

提高虚拟火箭飞行的真实性,火箭尾焰的实时模拟是关键;在对火箭尾焰的静动态特性进行分析的基础上,建立了火箭尾焰的粒子运动模型,实时模拟了火箭尾焰;在建模过程中采用了面片贴图作为粒子体素的方法以简化模型,并通过相应算法,将面片法向量与观察视线的夹角维持在恒定的范围内,保证了观察效果,提高了粒子体素利用率;应用该方法在火箭飞行仿真中模拟火箭尾焰,粒子量少,逼真度高,较好地解决了视景仿真过程中实时性和逼真度的矛盾,证明了方法的可用性。     

Adaptive Control of a Nonlinear Prototypical Wing Section with Reduced Order Observer

This paper treats the question of control of an aeroelastic system with unknown parameters using output feedback. The equations of motion of the chosen aeroelastic system describe the plunge and pitch motion of a wing. A single trailing edge flap is used for the purpose of control, and plunge displacement and pitch angle are measured for feedback. Using a canonical representation of the aeroelastic system, reduced order filters are designed to obtain the unmeasured state variables. Then based on a backstepping design technique, adaptive control laws for the trajectory control of the pitch angle and the plunge displacement are derived. In the closed-loop system, the state vector is shown to converge asymptotically to zero. Simulation results are presented which show that regulation and trajectory following are accomplished in the closed-loop system in spite of large uncertainties in the structural and aerodynamic parameters of the model.     

Pitch Angle Control of Unmanned Air Vehicle with Uncertain System Parameters

In this paper a new algorithm of trajectory tracking based on closest radius solution of the interval equations system is proposed. The design procedure is given and applied to the pitch angle control of unmanned testing rocket with uncertain parameters. The proposed algorithm gives a framework to design a control for a wide range of different linear time-invariant processes with uncertain parameters and can be implemented also in the case of non-convex problems. The algorithm gives the analytical way of finding the nearly optimal solution of model reference trajectory tracking in the case of general time-invariant systems with uncertain parameters and can be used when optimization method fails due to the complexity of the problem.     

Trajectory control of a high altitude hypervelocity flying vehicle in the midcourse active phase of the flight

An approach to the control of the motion of the center of mass of a high altitude hypervelocity flying vehicle whose engine thrust and aerodynamics strongly depend on the angle of attack in the midcourse active phase of the flight is proposed. This approach provides a basis for the method of the trajectory control of motion. The motion of this flying vehicle is simulated with regard to the disturbed atmosphere. It is shown that the proposed approach can be used to form launching zones of high altitude hypervelocity flying vehicles.     

Inverse motion planning method for overhead crane systems with state constraints

The trajectory planning problem with state constraints of overhead crane systems is considered in this paper. A new method, that is, an inverse motion planning method, is proposed. On this basis, a new trajectory planner is designed. The payload swing angle trajectory is designed first, and then by substituting it into the dynamic equations, the trolley trajectory is derived. For any transportation tasks, the adjustable parameter of the planner is computed by solving the state constraints such that the system states; that is, the trolley acceleration, trolley speed, and payload swing angle will not exceed their predefined constraints. Several experimental tests are conducted to verify the swing elimination performance of the proposed method.     

高速射弹流体动力特性及空泡形态数值仿真

准确获得流体动力特性和空泡形态是研究水下高速射弹运动稳定性优化控制问题,由于攻角的影响,对空泡形态产生扰动,并影响航行器的稳定性。为研究攻角引起的流体动力特性和空泡形态变化强耦合性对射弹的同时作用,建立了射弹自然空化的三维仿真计算模型,在射弹可变攻角下的流体动力特性及空泡形态进行了数值仿真,得到了二者随攻角的变化规律。结果表明:在小攻角条件下射弹流体动力参数处于线性变化工作域,射弹临界攻角大于自力超空泡航行器,说明数字仿真方法正确,模型合理,为研究射弹弹道稳定性提供了理论基础。     

基于变结构控制的固定前置角制导律设计

弹载合成孔径雷达（SAR）的方位成像能力受飞行导弹的观测角影响,其末制导段采用前侧视工作方式。因此,必需合理设计制导律使前侧视条件成立。为了保证末制导段弹目间具有合适的夹角,采用变结构控制方法设计了一种固定前置角制导律,该制导律能够解决合成孔径雷达导引头对于前置角约束的问题。在制导律设计过程中,首先建立了弹目相对运动关系模型和具有终端角度约束时的视线角变化模型;在此基础上采用变结构控制的方法设计了固定前置角制导律;进而,对该固定前置角导引律进行了性能分析,得出了其一般攻击特性;最后,通过弹道仿真论证了其正确性与有效性。