空天飞行器总体布局快速设计系统研究与实现

飞行器总体布局设计作为空天飞行器总体设计的核心工作之一,与飞行器总体性能和技术指标密切相关,其设计与控制贯穿空天飞行器研制全过程。基于空天飞行器总体布局“五约束”、“六要求”、“十流程”,提出了空天飞行器总体布局快速设计系统方案,并基于CATIA VPM数字化设计环境开发了原型系统。工程实践结果表明,文章提出的系统方案解决了飞行器外形、结构布置、系统布置和质量特性快速精细化设计及总体布局设计难以自动调整、快速迭代优化的难题,实现了飞行器外形、结构布置、仪器设备的参数化、实体化、具体化、可视化及质量特性动态分析与评估。该成果后续还可推广应用于其他航天器研制。     

面向分级设计优化的飞行器参数化建模方法

针对飞行器气动隐身外形综合设计优化问题,提出合适的面向分级设计优化流程,建立适应该流程的渐进分层参数化建模方法;用基于敏度分析的参数影响程度分析方法筛选复杂设计变量;采用多学科设计优化（Multidisplinary Design Optimization,MDO）理论和差分进化算法进行飞行器气动隐身外形的综合设计优化.将该方法用于某飞行器外形设计优化,结果表明：该方法合理可行,可为飞行器外形多学科设计优化提供一定参考.     

临近空间飞行器多通道全流程可视化演示系统

临近空间飞行器具有多学科、多物理场强耦合的复杂性,基于多领域耦合仿真与虚拟现实技术实现全流程飞行特性的可视化演示,可对总体和分系统设计人员提供直观、清晰的海量试验数据分析手段.传统的可视化手段往往只是针对三维场景的视景仿真,没有集成多物理场的可视化.且针对多物理场的可视化也只是针对某一个特定的状态,不能表现飞行器多物理场的全程变化过程.通过研究基于多通道的虚拟飞行可视化技术、多物理场科学计算可视化技术,利用多通道投影显示硬件系统、大视场屏幕等硬件设备,建立了多通道、全流程可视化演示系统,取得了较好的应用效果,提供了实验结果的重要辅助分析工具,使可视化视觉效果具有强烈沉浸感.     

应用等离子体实现流场主动控制技术的研究

飞行器设计的一个重要目标,就是要优化流场分布,减少阻力,增加升力,提高飞行器的升阻比,飞行器在高、亚音速巡航时,摩擦阻力超过了总阻力的一半,1%阻力的降低,将大约提高10%的有效负荷或飞行距离,传统的方法,特别是先进翼型的普遍采用,大大提高了飞行器的飞行性能,带来了巨大的经济效益和社会效益.但是,随着设计要求的进一步提高,传统的设计方法越来越显示了它的局限性.目前,国际上开始考虑通过等离子体对流场特性的影响来达到减阻这一目的.该文介绍了一个大气压下辉光放电等离子体发生装置的研制方法,并通过已成功研制的等离子体发生装置主动产生表面等离子体,揭示表面等离子体对流场以及电磁场的影响.     

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。     

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.     

基于任务流的中医按摩机器人任务流程研究与设计

中医按摩机器人是为解决老年人退行性疾病和慢性疾病,而研制的一款助老、扶老的机器人,它集成了视觉定位、力位控制、精密机构等多领域的前沿技术,是一套复杂的研究系统。由于按摩机器人涉及的领域较多,使得各个技术环节和繁杂任务间的配合成为产品能否达到预期设计要求的重要问题之一。本文采用工作流的方法分析和研究了中医按摩机器人在应用过程中的任务流程,表达了任务流程之间的联系和先后关系,建立优化过程模型,最终提高流程的效率并设计人机交互界面。     

基于代理模型的升力式再入飞行器组网优化

研究升力式再入飞行器的组网优化问题.优化再入飞行器组网,使其在满足一定覆盖要求的同时,轨道高度、离轨速度冲量、飞行器总数等方面达到最优.针对再入飞行器对地覆盖区域计算量大且和时间变量相关的问题,提出用代理模型技术来近似计算覆盖区域,提高了计算效率;利用SOC星座设计方法对再入飞行器进行了组网设计,并用枚举分析的方法对组网星座进行了优化.最后用点覆盖仿真的方法对得到的最优解进行了验证,说明了上述设计方法的有效性,为飞行器再入组网优化提供了科学依据.     

空天飞行器质量特性管理系统设计与实现

质量特性作为空天飞行器总体设计的关键控制参数,与飞行器总体性能和技术指标密切相关,其设计与控制贯穿空天飞行器研制全过程。基于数字化设计环境和飞行器数字样机,提出了全飞行器质量特性管理系统方案,并在此基础上开发了原型系统,对设计思路进行了验证。相比于传统质量特性的计算及管理方法,该系统可有效提高设计效率,实现飞行器质量特性全寿命周期的动态可控、可见和可追溯。该成果后续还可推广应用于其他航天器研制。     

基于MEMS技术的SU-8仿昆虫微扑翼飞行器设计及制作

为研制一种轻质仿昆虫微扑翼飞行器,提出了采用微机电系统(MEMS)领域的SU-8光刻胶作为结构材料的制作方案.基于仿生学原理和微机电系统加工技术,设计微扑翼飞行器结构及MEMS 工艺方法.研究结果表明,该种结构设计及制作方案满足设计要求,为仿昆虫微扑翼飞行器的研制提供了一种很好的途径.