一种空射火箭减载轨道设计方法

空射火箭在稠密大气层飞行时受载荷约束显著，且大攻角的飞行特点使得传统轨道设计中利用攻角动压积来表征载荷的方法不再适用。提出了适用于空射火箭轨道设计过程的载荷表征手段，在轨道设计模型中加入特征截面的载荷约束，使得轨道设计时对攻角剖面的调整能够准确反应飞行轨道与载荷的耦合关系，通过一体化优化快速获得满足多约束的最优轨道。推导了空射火箭动力学和运动学微分方程，给出一级飞行段典型程序攻角设计剖面，推导了参与轨道迭代设计的特征截面载荷计算公式；结合hp自适应伪谱法，使用典型算例说明本方法的有效性。研究表明，本方法可减小解耦以及设计量降维造成的可行域损失，并提高了设计效率。     

空射运载火箭方案研究

空射运载火箭是由载机将其载至空中,投放后进行空中发射的一种火箭.对不同初始投放条件下空射运载火箭的性能进行了初步的分析,并在此基础上分别研究了不同投放条件下不同形式的空射火箭的外形、弹道特点.     

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%。     

空射近空间飞行器助推弹道规划方法

为研究空射近空间飞行器低弹道快速入轨弹道规划问题,将空射近空间飞行器助推弹道分为投放段、一级飞行段、无动力滑行段、二级飞行段。一级飞行段采用最大可用过载快速拉起; 二级飞行段纵向剖面采用基于分段多项式的参数化控制方法,二级飞行段横向剖面设计了基于三角函数的参数化能量管理; 形成了多段多约束参数化助推弹道规划模型,采用改进粒子群算法对该问题进行求解。仿真结果表明:规划弹道满足过载、控制及分离等各类约束条件; 该方法具有很高的求解精度和较快的求解速度,能获得满足不同交班需求的参考弹道。     

基于种群熵粒子群优化算法的上升段交会弹道优化设计

应用种群熵粒子群优化(Population Entropy based Particle Swarm Optimization,EPSO)算法研究运载火箭上升段交会弹道优化设计问题。以运载火箭和目标飞行器在交会时刻距离最小为目标函数,建立运载火箭上升段交会弹道优化模型,同时分别采用EPSO优化算法和传统粒子群优化算法进行求解。仿真结果表明,EPSO算法能够有效解决运载火箭上升段交会弹道优化问题,平均交会位置误差为8.33 m,较传统粒子群算法减少了149.37 m,平均搜索速度较传统算法提高了27%。EPSO算法收敛精度高,搜索速度快,更适用于解决上升段交会弹道优化这样的复杂约束优化问题。     

RLV上升轨迹机载快速优化

考虑地球自转引起哥氏力和牵引力的影响下建立RLV上升段的运动方程，引入新的假设，对运动方程进行简化处理．然后利用参数优化法将轨迹最优控制问题转化为一个约束非线性规划问题．在此基础上，选用乘子法对终端约束进行处理使其转化为无约束非线性规划问题，并采用变尺度法BFGS求解该问题。最后分别求解空中载机发射方案和火箭助推垂直发射方案的上升优化轨迹。结果显示该算法具有较好的鲁棒性和很快的收敛速度。     

基于分解策略的SSO任务发射轨道优化研究

700 km太阳同步轨道为运载火箭弹道设计中典型的发射任务。采用轨迹分解优化策略对此类任务的发射轨道进行研究,分析了中间轨道近地点高度、入轨点真近点角两个约束变量对火箭运载能力的影响,并重点结合气动热流限制对约束变量的取值进行了计算分析。采用的研究思路和得出的结论对于运载火箭上升段弹道的优化设计以及提升运算收敛性和设计效率均有一定的意义。     

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。     

平流层飞艇上升段轨迹优化的初值选取方法

提出了一种平流层飞艇轨迹优化问题中的初值选取及优化求解方法。首先引入平流层飞艇的三自由度模型,综合考虑静浮力模型、气动力模型、附加质量、常值风场、地球自转、大气环境以及反作用力,并对参数处理后给出了归一化系统方程;其次采用直接配点法将轨迹优化问题转换为非线性规划问题,以最小时间为目标函数,加入初始和终端位置约束、飞行过程约束、状态变量上下界及控制率的约束,从而将具体的动力学问题转换为数学求解问题;然后对优化问题初值选取方法进行分析讨论,结合理论分析及工程经验给出了该优化问题的初值选取方法,保证了可行解的快速求解;最终求得时间最优场景的可行解,仿真结果表明平流层飞艇在几乎全程满功率运行的条件下快速完成上升段的放飞过程,该优化初值选取方法有效可行,且能推广至同类优化问题中,极具有理论和工程应用价值。     

一种变后掠翼导弹弹道快速优化方法

变后掠翼导弹弹道优化问题是一个复杂的多变量优化问题;为了获得变后掠翼导弹飞行弹道,利用Radau伪谱法求解了同时满足路径约束和终端约束条件下的射程最远弹道轨迹;选取后掠角和攻角作为优化控制变量,并通过采取一系列实时性保证策略提高算法的计算效率;仿真结果表明:该方法能够快速优化出满足性能指标和约束条件的弹道轨迹;研究结果可为变后掠翼导弹在线重构的实现提供有益参考。     

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...     

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...     

内装式空中发射运载火箭点火状态多目标优化

针对内装式空中发射运载火箭状态空间广泛的特点,提出基于粒子群优化算法的空中发射系统的多目标优化方法。定义了以箭机分离时载机的姿态角、稳定伞的阻力特征、运载火箭点火时的角速度为自变量的粒子群广义位置和广义速度。建立了以箭机安全距离、运载火箭有效动能与耗能的比值、运载火箭控制机构耗能为变量的多目标优化模型。利用MATLAB软件计算优化模型,分析优化结果,证明适用于解决空中发射系统的优化问题。     

运载火箭垂直回收着陆段制导导航与控制技术研究

子级垂直回收的一项关键技术是制导、导航与控制(Guidance Navigation and Control,GNC)技术.瞄准未来的组合体回收模式,结合现阶段发动机、着陆支架等环节的性能和特点,全面分析了返回过程中最关键的垂直着陆段对控制系统的需求和约束条件,研究了一种针对垂直着陆段的GNC技术,包含高精度导航算法、...     

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。     

平流层气象探测火箭载荷释放时间预测方法

为精确预测平流层气象探测火箭在卫星导航接收系统工作异常情况下的探测载荷释放时间,在高空稀薄空气条件下,分析弹道顶点高度、速度及下降时间与火箭下降段动压之间的关联,建立了利用火箭上升段海拔高度、速度及弹道倾角预测弹道顶点参数的模型,对弹道顶点速度及高度进行预测。经计算得到了火箭自弹道顶点下降至满足减速系统开伞动压的延时时间表,以及弹道顶点速度及海拔高度预测数值表,将预测数值表按弹道倾角维进行拟合,可以有效压缩表格数据容量。利用数值表插值计算实现了载荷释放时间的准确预测,具备工程应用条件。     

卡车平台嵌入式迫击炮座钣结构优化设计

为提高传统迫击炮的战略机动性和战场多样性,将传统迫击炮座钣与卡车底盘结合,设计一种新的卡车平台嵌入式迫击炮座钣。相比于车载迫击炮,嵌入式迫击炮座钣结构简单,造价低廉,不影响卡车正常载物功能的同时,可实现快速车上发射与地面发射的转换。座钣位于卡车新增横梁上,新增横梁下方与支撑装置连接。采用模块化、参数化的有限元建模方法,建立嵌入式迫击炮座钣和卡车底盘的有限元模型。仿真分析发射载荷作用下不同射向射角时座钣与车架的动态特性,验证设计方案的可行性。为进一步提升轻量化与勤务机动性水平,采用OptiStruct软件对座钣进行拓扑优化。结果表明,优化后的座钣变形量基本不变,重量下降30.2%,应力分布更加均匀,并且各个工况下的最大应力均大幅减少,最大降幅为41.2%。