关于近空间飞行器飞行控制系统研究设计的几个问题

讨论了近空间飞行器飞行控制系统研究设计的几个问题。首先指出了研究近空间飞行器的国内外形势和近空间飞行器研究的重要性;接着就近空间飞行器飞行控制的几个重要问题:飞行运动控制的建模问题,飞行姿态控制的鲁棒性问题,飞行姿态与重心运动的一体化协调控制问题,飞行与发动机的一体化协调控制问题,飞行控制的抗干扰问题提出了相应的方法和看法;最后就近空间飞行器飞行控制系统的设计原则提出了自己的体会和看法,指出了用一体化协调控制的思想进行近空间飞行器飞行控制系统分析设计的重要性。     

上升段气动加热对飞行中段高速飞行器红外辐射特性影响分析EI北大核心CSCD

飞行中段高速飞行器红外辐射特性是对其进行红外探测、识别及跟踪的基础。飞行中段高速飞行器红外辐射与表面温度密切相关,而飞行器表面温度又与上升段气动加热、空间环境热辐射、防热材料结构等有关,特别是上升段气动加热对飞行中段飞行器红外辐射的影响不容忽视。为获得复杂环境背景下高速飞行器在飞行中段的红外辐射,综合考虑上升段气动加热、环境辐射加热、表面辐射散热和结构热传导等主要因素影响,采用气动热工程计算模型、空间辐射加热、一维多层热传导计算方法,建立了高速飞行器红外辐射分析技术,实现了气动加热、环境辐射加热、自身辐射散热、结构热传导等多种主要因素影响下的高速飞行器飞行中段温度场和红外辐射分析。结果表明:上升段的气动加热会对飞行中段的高速飞行器红外辐射产生较大影响;在飞行中段,飞行器在长波8~12μm波段的红外辐射强度明显大于在中波3~5μm波段的红外辐射强度,选择8~12μm波段更有利于对飞行中段高速飞行器的探测。     

飞行器8~14μm波段红外特征的数值研究

在飞行器机身表面的温度场建模中综合考虑了超音速飞行气动加热、发动机舱内部流动换热,以及排气喷流对飞行器后体的传热等影响, 采用数值计算的方法对飞行器8~14m波段的蒙皮及发动机壁面红外辐射特征进行了研究,分析了飞行器机头、机身（含进气道）、机翼、发动机舱（含飞行器后体）、垂直尾翼、水平尾翼和发动机喷管腔体等部位的红外辐射。结果表明:蒙皮辐射是飞行器8~14m波段红外辐射的主要组成部分,发动机壁面红外辐射主要集中在飞行器尾向50范围内;在不同的观测平面,飞行器不同部位对整机8~14m波段的红外辐射贡献比例各有侧重,飞行器机身、机翼、发动机舱和垂直尾翼是飞行器8~14m波段红外辐射的主要部分;飞行马赫数提高将加剧机身气动加热效果,飞行机不同部位所占的红外辐射比例将有所改变。     

飞行器蒙皮红外辐射特征的反向蒙特卡罗计算与分析方法

建立了飞行器蒙皮红外辐射特征计算的理论模型,较为完整地考虑了各种热源对蒙皮温度的作用,包括气动加热、发动机热部件以及各部分的传导、对流和辐射.利用反向蒙特卡罗(RMC)法,并结合表面的多重遮挡算法,计算了飞行器复杂几何外形之间的辐射特性,分析了飞行器表面在8～14 μm空间特定方向上的红外辐射特征.结果表明:飞行器马赫数是影响其8～14μm红外辐射特征的重要因素之一,在超音速飞行状态下,气动加热对红外辐射特征的影响比亚音速的大;减小蒙皮表面发射率降低了它的红外辐射强度.该方法可为飞行器表面红外辐射特征计算提供参考.     

临近空间高超声速飞行器红外辐射特性分析

为了对临近空间高超声速飞行器进行有效探测和预警,以X-51A为例,计算火箭助推段、超燃发动机工作段和无动力滑翔段、飞行器蒙皮、喷管和尾焰的双波段红外辐射特性。红外辐射计算的关键在于温度和有效辐射面积的确定。根据修正Lees驻点热流密度方法和辐射平衡时的辐射传热公式,计算出蒙皮的温度。用加力燃烧的涡喷发动机模型近似计算喷管的温度。把导弹尾焰温度分布场模型进行三段式简化,模拟出尾焰的红外辐射特性。仿真结果表明,在X-51A的不同飞行阶段,从不同探测角度观察到的各辐射部位对总体红外辐射贡献率差异较大;速度对蒙皮的红外辐射影响较大,而喷管和尾焰的红外辐射与火箭和超燃冲压发动机的燃烧状态有关。分析指出,当高超声速飞行器飞行姿态发生变化,或者在不同的飞行阶段,更适合采用双波段进行探测。     

微型扑翼飞行器控制系统设计

微型扑翼飞行器的控制是一个难点问题,不仅对体积和重量有一定限制,还需要使飞行器能够有一定的鲁棒性和自主飞行能力。本文设计的控制系统通过遥控和自主飞行相结合的方式,很好的实现了对微型扑翼飞行器的控制。并进一步通过飞行实验验证了控制系统的可行性,飞行效果良好。     

空间冷屏表面温度分布实验研究

空间冷屏是一种包裹在高速飞行器外的相变制冷装置,旨在提高近地高速飞行器的突防能力,防止其在近地轨道飞行时被红外探测器发现和拦截。为了实现弹道导弹在飞行中段的红外隐身效果,采用深冷介质相变制冷技术,建立了空间冷屏样机。实验研究了冷屏表面温度分布及质量变化,并提出了定量分析的经验模型。结果表明:该空间冷屏样机可使弹道导弹表面温度在飞行中段低于100 K,30 min内使表面红外辐射强度低于0.15 W/m2,从而满足低温红外辐射特性要求。     

高超声速飞行器热喷高温燃气红外辐射特性数值模拟

喷流反作用控制系统（Reaction Control System, RCS）热喷高温燃气辐射效应对飞行器光学探测跟踪具有重要影响。基于谱带辐射模型,通过求解带化学反应源项的三维Navier-Stokes方程和辐射传输方程,对高超声速飞行器喷流反作用控制系统热喷干扰流场及其红外辐射特性进行了数值模拟,分析了二次燃烧效应、不同飞行条件以及不同观测角度对流场红外辐射特性的影响。研究表明:典型状态喷流辐射计算与实验测量结果一致,流场与红外辐射数值方法具有较好的适应性;飞行器RCS工作所形成热喷干扰流场的红外辐射,主要由喷流燃气中的CO₂和H₂O组分贡献,其中CO₂对辐射的贡献更大,流场中二次燃烧效应对流场辐射强度有显著影响,在20 km高度下可使流场辐射强度提高一倍以上;随着马赫数/高度的增加,流场辐射强度均呈现先略有减小,后增大的趋势,随着高度增加,二次燃烧效应对流场辐射强度的影响明显减弱;由飞行器RCS工作引起的辐射增量十分显著,俯视观测以及3~5 μm波段的目标辐射强度最大。文中的研究结果可为飞行器探测跟踪提供参考。     

高超声速飞行器机翼关键部件损伤特性分析

分析了高超声速飞行器机翼关键部件的损伤演化及飞行器飞行动态对损伤的影响。在建立了高超声速飞行器机翼关键部件损伤动力学模型、飞行器动力学模型以及对机翼关键部件载荷应力分析的基础之上,依次分析了飞行器飞行高度、速度、迎角以及控制舵面偏角等飞行器变量对机翼关键部件损伤动态特性的影响,以确定影响损伤的关键变量。仿真结果表明,相对于其他变量,飞行器迎角对机翼关键部件损伤的影响是最大的。基于此结果可得出当飞行器进行高超声速飞行时,从保证飞行安全与延长使用寿命的角度来看,应尽量限制飞行迎角大小。所得结论为实际工程中结构可靠性设计提供了有价值的参考。     

四轴飞行器的动力学建模和位置控制研究

基于四轴飞行器的应用价值,国内开始了针对性研究,其中四轴动力学模型的建立和飞行控制,是研究难点。文中建立了四轴动力学模型,并结合基于加速度积分计算的空间追踪模型与改进型PID控制算法,设计了四轴飞行位置控制系统。同时,利用Matlab/Simulink模块对控制系统进行了仿真,验证了其控制性能。     

地面雷达系统强电磁脉冲防护分析

在简要介绍非核强电磁脉冲定向能武器发展情况的基础上,分析了空基非核强电磁脉冲源辐射功率随距离的变化情况,相应的辐射强度可能对雷达系统的敏感部分造成干扰、降级、损伤甚至损毁等不同结果。分析计算不同强度空间辐射场耦合进入雷达天线系统的功率水平,对比分析美军标提供的强电磁环境考核数据,提出防护量级水平。在此基础上,分析强电磁脉冲进入地面雷达系统的前后门耦合途径及可能的毁伤效应。针对不同的耦合路径,有针对性地分析了相应的防护措施,为信息化装备的强电磁脉冲防护加固和战技术应用提供借鉴。     

空间飞行器对背景辐射的反射特性

介绍了飞行器在地球大气层外的主要辐射，给出了飞行器反射背景辐射强度空间分布的计算方法，并运用计算机对距地面几百千米的某圆锥形飞行器中午和晚上在3～5μm和8～14μm波段内辐射强度的空间分布进行了数值计算，得到了合理的结果。     

双绞线BCI 等效替代强场电磁辐射实验研究

针对低频线缆耦合通道中最常见的双绞线电缆,以比较典型的互连线缆双绞线为研究对象,针对互连系统单端为非线性受试设备的电磁辐射敏感度进行实验研究。对连续波电磁辐射条件下双绞线传输线负载响应进行了理论推导,分析了典型互连系统辐射与注入的等效以及在高场强下的外推条件。对双绞线耦合通道大电流注入法(BCI)等效替代强场连续波电磁辐射的实验结果进行了分析,验证了BCI 等效替代强场连续波电磁辐射实验方法的准确性。     

电子系统电磁损伤评估方法研究

为对电子系统进行电磁损伤评估,运用统计分析的方法,对独立的电磁损伤模式定义了一个电磁安全域模型,建立了电磁环境生存概率的均值和方差的计算方法,得到了系统生存概率模型.对电子系统进行了电磁辐照效应和注入损伤实验,将实验结果与理论评估结果进行比较,证明了该评估方法是可行的.     

The space radiation environment for electronics

The Earth's space radiation environment is described in terms of charged particles as relevant to effects on spacecraft electronics. The nature and magnitude of the trapped and transiting environments are described in terms of spatial distribution and temporal variation. The internal radiation environment of the spacecraft is described in terms of shielding the high-energy particles of the free-field environment. Exposure levels are presented in terms of ionizing radiation dose and particle fluence for comparison to electronic component susceptibility     

Interface between an optical communications system and the host spacecraft

The current state of development of optical communications systems for intersatellite data transfer has reached an advanced level, with on-orbit operations planned for the early 1990s. The technology and engineering aspects of the development of the optical system have been evaluated in some detail and are widely known, but the interfaces between the optical system and the host spacecraft are not as well understood. Many aspects of the optical interfaces have been identified, are currently under investigation and are discussed here. These include the interface support needed from the host spacecraft, such as thermal, electrical, mechanical, optical, radiation protection and contamination control; spacecraft attitude and vibrational stability; spacecraft level interface testing, such as EMI/EMC, vibration and thermal vacuum tests; and lifetime and reliability testing.     

电磁脉冲对GaAs LNA损伤及其分析

介绍了电磁脉冲对GaAs低噪声放大器(LNA)损伤机理和损伤模式.利用特定电磁脉冲信号对其进行损伤,通过开帽内部目检、扫描电镜等失效手段和方法,针对该低噪声放大器在电磁脉冲实验中损伤机理及损伤模式进行了分析与讨论.实验表明,GaAs低噪声放大器的可靠性问题主要表现为有源器件、无源器件和环境因素等引入损伤退化,主要失效部位表现为有源器件,指出了对GaAs器件加固的一些措施,对器件设计者和使用者具有一定的参考意义.     

某型电台的HEMP辐照效应试验及电磁损伤评估方法研究

为检验电台类装备在高空核爆电磁脉冲（high-altitude electromagnetic pulse, HEMP）环境下的生存能力,降低系统电磁脉冲易损性评估中的不确定度,设计了系统级HEMP辐照试验方案及易损性试验评估流程,建立了基于故障树模型的电台电磁损伤评估算法. 以欧讯SG-7200型超短波电台的电磁易损性评估为例,应用电磁损伤评估算法开展威胁级辐照试验. 试验结果表明:电台在50 kV/m的辐照试验中发生跳频现象,通信故障;在故障树模型中,根据多次试验数据得到该型电台在50 kV/m的威胁级辐照试验中系统失效概率为78.83%.     

仿真分析在时钟电路电磁兼容设计中的应用

从抑制时钟电路电磁辐射出发,介绍了时钟电路电磁兼容设计时线条阻抗设计方法,以及传输线延迟的计算、减小时钟电路电磁辐射的几种方法,仿真分析了时钟电路电磁辐射值与线条长度、信号上升沿以及保护线的关系,并计算了保护线的屏蔽效能。结果表明在整个频谱范围内,电磁辐射值随时钟信号上升沿减小而增大;随时钟线条长度增加,辐射尖峰相对于短线条的辐射增多;保护线对时钟电路的电磁辐射有明显抑制作用。     

用频装备带内双频窄谱电磁辐射阻塞干扰效应预测模型

针对传统单频连续波电磁辐射敏感度试验方法无法满足用频装备多辐射源共同作用下复杂电磁环境适应性评估的技术需求，本着有限目标的原则，对用频装备在带内双频窄谱电磁辐射作用下的阻塞干扰效应预测问题进行了研究.从用频装备单频和调幅连续波敏感度试验数据出发，基于用频装备带内电磁能量耦合及共性干扰、损伤作用机理分析，研究了有效值敏感和峰值敏感两类用频装备带内双频窄谱电磁辐射阻塞干扰效应预测模型并提出了预测方法，给出了受试用频装备适用预测模型的判定方法，并以某型超短波通信电台为受试对象，试验验证了模型及方法的有效性.研究结果表明:本文提出的模型和方法可有效应用于用频装备在带内双频电磁辐射作用下的阻塞干扰效应预测和评估.