HGV平衡滑翔式轨迹可达区域计算方法研究

针对滑翔式高超声速飞行器(HGV)平衡滑翔轨迹可达区域的高精度快速计算问题,研究了一种基于降阶动力学模型和连续凸优化方法的可达区域计算方法。首先,根据“准平衡滑翔假设”条件,将再入飞行器三自由度动力学方程进行降阶处理,得到以速度为自变量的三阶动力学方程。然后,将可达区域计算问题描述为一系列满足再入走廊约束和初、末状态约束下的横程最大优化问题,将动力学方程进行线性化、离散化处理后,采用连续凸优化方法对该问题进行求解,得到了滑翔飞行器不同末端速度下的可达区域。最后,以CAV-H飞行器模型为例进行了仿真验证,结果表明,该方法具有较高的求解效率和可达区域计算精度。     

Dislocation-mediated migration of interphase boundaries

Faceted interphase boundaries (IPBs) are commonly observed in lath-shaped precipitates in alloys consisting of simple face-centred cubic (fcc), body centred-cubic (bcc) or hexagonal closed packed (hcp) phases, which normally contain one or two sets of parallel dislocations. The influence of these dislocations on interface migration and possible accompanying long-range strain field remain unclear. To elucidate this, we carried out atomistic simulations to investigate the dislocation-mediated migration processes of IPBs in a pure-iron system. Our results show that the migration of these IPBs is accompanied with the slip of interfacial dislocations, even in high-index slip planes, with two migration modes were observed: the first mode is the uniform migration mode that occurs only when all of the dislocations slip in a common slip plane. A shear-coupled interface migration was observed for this mode. The other interfaces propagate in the stick-slip migration mode that occurs when the dislocations glide on different slip planes, involving dislocation reaction or tangling. A quantitative relationship was established to link the atomic displacements with the dislocation structure, slip plane, and interface normal. The macroscopic shear deformation due to the effect of overall atomic displacement shows a good agreement with the results obtained based on the phenomenological theory of martensite crystallography. Our findings have general implications for the understanding of phase transformations and the surface relief effect at the atomic scale.     

Phugoid dynamic characteristic of hypersonic gliding vehicles

This paper focuses on the phugoid dynamic characteristic of hypersonic gliding vehicle. By regarding equilibrium glide as the fixed state of reentry trajectory, the dynamic equations are simplified and a hyper-geometric equation with a forcing function is deduced. Linearization theory is applied to analyze the characteristic of the motion, and the phugoid mode is found to be stable. An analytical solution of flight path angle as a function of speed is derived based on General Multiple Scale theory. The dyna...     

基于特征区间的滑翔弹姿态控制系统设计

根据无动力滑翔弹在不同飞行时段的运动特点,文中将其弹道分为若干时段,基于区间PID控制理论,结合风干扰模型,设计了无动力滑翔弹的俯仰通道姿态控制系统。给定航弹的初始投抛条件,对纵向通道的时变过程进行仿真,结果表明该滑翔弹控制系统具有一定的稳定性和精度。文中的方法对设计具有滑翔段的飞行器姿态控制系统有一定的参考价值和工程实用价值。     

高超声速滑翔式BTT导弹鲁棒反演控制器设计

综合考虑高超声速滑翔式BTT导弹各种干扰的影响,建立了具有非匹配不确定性的非线性、强耦合姿态运动方程,并转化为标准形式。针对模型中的未知不确定性,提出了鲁棒估计函数,利用反演控制和自适应控制设计了高超声速导弹的自动驾驶仪,解决了由于对期望虚拟控制量进行求导产生的“计算膨胀”问题,证明了每一步反演设计的Lyapunov稳定性,并进行了数字仿真。仿真结果表明,所设计的自适应反演控制器能够精确跟踪姿态角指令,并对大范围气动参数摄动具有很强的鲁棒性。     

高超声速滑翔式飞行器突防轨迹优化研究

为研究多种约束条件下的高超声速滑翔式飞行器快速突防轨迹优化问题, 提出了基于hp自适应伪谱法的多段优化求解策略。建立了高超声速滑翔式飞行器的运动学模型, 用三次样条插值拟合升力系数和阻力系数。综合考虑动压、过载和热流约束, 建立了考虑禁飞区和航路点的约束模型。详细阐述了hp自适应伪谱法的求解原理, 提出了以航路点为分段点的求解策略, 最后以最小到达时间为代价函数对高超声速滑翔式飞行器再入突防过程进行了数字仿真。仿真结果表明, 基于分段求解策略的最优轨迹能够有效满足各种约束条件的限制, 达到了快速突防的目的。     

类HTV-2高超声速滑翔飞行器的本体光辐射特性分析

第二代"猎鹰"高超声速技术飞行器(Falcon Hypersonic Technology Vehicle 2,HTV-2)长时间在大气层中飞行时,气动热是导致本体光辐射特性的主要原因。气动热预测和复杂结构传热温度求解是本体光辐射特性研究的关键。基于类HTV-2高超声速滑翔飞行器的结构以及飞行弹道特点,建立了适用于高超声速滑翔飞行器的气动热、三维有限元传热和本体光辐射耦合计算方法。在算法验证的基础上,通过计算获得了类HTV-2高超声速滑翔飞行器沿假定弹道飞行的本体光辐射特性。结果表明,红外探测器从地面70°方向观测的辐射强度大于从天上-70°方向观测的辐射强度;中波3~5μm光辐射强度明显大于长波8~12μm和短波0.4~0.7μm,因此选择3~5μm波段更有利于对类HTV-2高超声速滑翔飞行器进行探测。     

载气比对滑动弧裂解丙烷组分影响的研究

为了提升脉冲爆轰发动机的点火性能达到稳定点火起爆的目的,在氮气气氛下采用高压直流滑动弧放电等离子体裂解器对气体燃料-丙烷进行裂解实验。将进气流量中丙烷和氮气的摩尔比定义为载气比,在不同载气比下进行试验,得到丙烷转化率制氢能耗、氢气选择性和裂解产物中不同组分的体积分数,并分析能量输入密度对丙烷转化率的影响。结果表明,当进气流量中的载气比从1降低至0.2时,丙烷转化率由97.4%逐渐降低至91.8%,输入能量密度随载气比的增大逐渐降低;丙烷/氮气混合气经过等离子体作用后的裂解产物中,氢气体积分数最高,为81.80%,乙炔次之,体积分数为7.90%;丙烷/氮气混合气裂解产物中碳氢化合物各组分体积分数随载气比的增加有所增大;当载气比为0.8时,高压直流滑动弧放电等离子体可获得较高氢气选择性的同时,还可以保持较低的制氢能耗。研究结果可对碳氢燃料航空航天发动机辅助点火燃烧提供一定参考。     

焙烧温度对滑动弧等离子体制备纳米TiO2光催化剂的影响

采用滑动弧等离子体制备出不同颗粒形貌和锐钛矿相初始含量(f_A)的纳米TiO₂粉体。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和物理吸附仪对焙烧前后的样品进行表征, 考察了焙烧温度对纳米TiO₂的晶相组成、晶体粒径、比表面积(S_BET)和颗粒形貌的影响。通过光催化氧化亚甲基蓝反应评价样品焙烧后的光催化活性。结果表明, 滑动弧等离子体制备的纳米TiO₂的锐钛矿相向金红石相转变温度约为650℃, 锐钛矿相向金红石相的转变速率取决于焙烧温度、颗粒形貌和锐钛矿相初始含量。随焙烧温度升高, 球形颗粒的锐钛矿晶体粒径略微增大, S_BET缓慢减小; 非球形颗粒的锐钛矿晶体粒径快速增大, S_BET迅速减小。随着f_A的增加, 纳米TiO₂粉体的光催化表观反应速率常数(k)呈现三种不同的变化趋势: 当f_A<70%时, k随之缓慢增加; 当70%<f_A<85%时, k随之快速增加; 当f_A>85%时, k转为快速降低。     

滑翔增程弹箭滑控段弹体运动模式对增程效率的影响

增程技术是弹箭技术重点发展方向之一,而滑翔增程是目前采用的较为有效的ー种弹箭增程技术。阐述了滑翔增程弹箭的飞行过程,建立了滑翔增程弹箭的滑翔段弾道模型,在滑翔控制段弹体分别采用俯仰滑翔飞行和旋转滑翔飞行,分析了在滑'翔控制段弹体的两种运动模式对弹箭增程效率的影响。仿真结果表明：在滑翔控制段弹体釆用俯仰滑翔飞行,增程效率高,但在滚转控制过程中控制系统复杂,对舵机的要求高;在滑翔控制段弹体采用旋转滑翔飞行,增程效率较低,但整个控制过程中控制系统简单,对舵机的要求低。