旋转伞-子弹系统动力学建模与仿真

为了更精确地模拟旋转伞-子弹系统的运动,基于第一类拉格朗日方程,建立了5刚体动力学模型并进行仿真计算。将伞绳处理为阻尼弹簧,将伞、弹等处理为刚体,用质心坐标和欧拉角作为广义坐标表达各刚体的位置,给出了约束方程,求解广义力; 建立了伞-弹系统动力学方程。利用模型对伞-弹系统的零初速下落过程进行仿真计算,得到子弹的转速及扫描角变化曲线,并设计伞塔试验对计算结果进行验证。对某末敏子弹系统的稳态工作过程进行模拟计算,结果表明,5刚体模型能较真实地模拟末敏子弹稳态扫描段的弹道特性,可为智能弹药系统的总体设计提供参考。     

随机初值条件下基于翼伞的无人机回收方法

翼伞回收系统由柔性伞衣和所回收负载组成，存在对着陆场要求低、飞行安全稳定、可雀降无损着陆等独特优势，在无人机回收、物资空投等军用及航空航天领域都发挥着不可替代的重要作用。翼伞回收系统依靠柔性伞衣提供升力，但伞衣存在复杂的非线性动力学特性，导致其控制难度较传统刚性飞行器更高。针对该问题，基于部分假设，通过对柔性伞衣和系统负载间的相互作用进行动力学分析，建立翼伞回收系统的简化动力学模型。基于自抗扰控制技术设计水平控制器与归航策略，实现随机初值条件下的翼伞高精度归航，从任意初始位置及角度将无人机精确地运输至目标位置。飞行测试结果表明：所建立的动力学模型可为翼伞的实际飞行实验提供仿真调试环境，实现控制器参数调节；在15次翼伞归航控制实验中，翼伞系统的平均归航落点误差为21.9 m。     

翼伞系统弹性连接模型的相对运动分析

翼伞系统的测量及操纵设备通常安装在回收物上,为了实现翼伞系统的精确控制归航,分析了回收物和伞体之间的相对运动情况.文中考虑了不同方向上附加质量的不同,以及吊带和连接带的弹性变形,建立了翼伞系统非刚性连接模型.分析了滑翔、转弯及雀降3种控制操纵下两体的相对运动特点,以及不同连接方式对相对运动的影响.研究结果表明,在转弯操纵时翼伞系统的两体间存在明显相对运动,但采用多点交叉连接可以使这种相对运动得到有效的抑制.     

自行火炮行进间动力学模型及仿真研究

本文采用多刚体系统动力学综合技术对自行火炮在行进过程中的运动和受力进行了分析,以自行高炮为例,将系统划分为车体、炮塔、火炮、跟踪平台回转体和跟踪平台俯仰体等五个刚体,各刚体之间存在相对运动,整个系统由悬挂装置和履带弹性支撑在地面上.自行火炮系统具有七个自由度,建立了系统动力学模型,其中动力学方程的最终形式可由程式化软件来完成.对自行火炮在搓衣板型和麻花型路面上行驶时的动力学特性进行了仿真分析,得到了车体俯仰和滚转的运动规律.研究成果对于自行火炮总体设计和运动性能评估具有重要的参考价值.     

内装式空中发射箭伞系统多体动力学分析

为解决传统动力学在空中发射系统建模时推导工作量大、过程繁琐的问题,针对内装式空中发射箭伞系统特点,应用多体动力学理论建立了箭伞系统动力学模型,采用嵌入式约束法处理系统的多体动力学问题,导出具有形式简洁、计算方便、便于推导且有一定通用性的箭伞多体动力学模型.应用所建多体动力学模型对箭伞系统运动过程进行了仿真及分析,仿真结果与试飞测量数据的对比验证了模型的有效性,结果表明,所建模型能真实地反映实际问题,可为相应空中发射系统的设计、性能预测和评估提供依据.     

远程火箭末敏弹弹道特性仿真

为研究远程火箭末敏弹弹道特性,应用弹道理论和控制理论,建立了远程火箭末敏弹母弹弹道方程;引入多体系统动力学理论,分析了末敏弹系统伞、伞盘、弹等刚体间的力学关系,考虑了系统的连接方式和约束,分析了伞绳弹性,建立了末敏弹在减速运动和稳态扫描段的完整运动模型.编制了远程火箭末敏弹弹道仿真软件,进行了末敏弹全弹道数字仿真,并得到了部分试验验证,分析了末敏弹弹道特性.为远程火箭末敏弹射击精度仿真和减少精度试验用弹量奠定了基础.     

基于虚拟样机的自行火炮发射动态性能研究

利用ADAMS/ATV和Pro/E建立某型自行火炮射击时的多体系统动力学模型,采用第一类拉格朗日方程建立系统的动力学方程.该模型由249个刚体组成,共有1275个运动自由度.将发射时的外载荷施加于相应位置进行仿真,计算得到火炮后座复进的运动规律,结果表明虚拟样机模型后座复进位移和速度的变化符合火炮实际后坐复进规律.     

基于多体动力学的弹—伞系统动态特性仿真

着重对一种弹-伞系统的动态特性进行了仿真计算。计算时，以刚体弹道代替传统的质点弹道，利用多体动力学方法作理论分析，在Solid Works和MSC．Aadms中建立系统的动力学模型，进而进行了弹-伞系统的动态特性仿真，主要是过载仿真计算。与理论计算比较，结果相近，证明了仿真计算的可靠性。     

翼伞系统5段归航轨迹优化研究

为实现翼伞系统精确空投和方便归航过程下拉操控，需对翼伞归航轨迹分段处理并优化。建立翼伞系统高精度9自由度动力学模型，通过数值分析得到稳态滑翔比以及转弯角速率限值。以耗能最小为目标函数，耗时和转弯半径为输入变量，建立5段归航轨迹优化模型。将5段归航轨迹作为初始条件，利用伪谱法进行轨迹优化，给出归航最优参考路径，并对比分析了5段归航与直接归航过程能量损耗。仿真结果表明，所提出的5段归航轨迹优化策略，具有其控制量函数形式简单、便于应用的优点。     

火炮多体系统动力学分析的一种方法

运用Ｋａｎｅ方法、有限元法及振动模态理论提出一种柔性多体动力学分析方法，推导出一组由系统刚体广义坐标和模态坐标表示的低阶多体动力学方程。其推导过程简捷，方程形式简单便于编程序计算。可有效地应用于自行火炮多体系统动力学及射击精度分析。     

重复使用运载器再入动力学建模研究

通过对重复使用运载器再入动力学建模技术的研究,提出以再入飞行器导航常用的WGS-84世界大地坐标系为参考,在北天东坐标系建立飞行器再入质心动力学方程和描述飞行姿态的建模方法,建立可兼顾再入返回和高精度着陆需求的通用刚体动力学模型;借鉴运载火箭与导弹等弹性飞行器动力学模型的应用经验,提出混合坐标法,首先用准坐标系描述飞行器等效刚体的刚性平动和转动,然后用有限元理论描述弹性飞行器相对于等效刚体的复杂弹性振动,最后利用弹性变形引起的附加攻角和侧滑角产生的附加力和力矩体现刚体和弹性振动耦合的刚弹耦合动力学模型建模方法,并基于再入通用刚体动力学模型建立适用于面对称重复使用运载器的再入刚弹耦合动力学模型。结果表明:建立的重复使用运载器再入动力学模型充分考虑了地球椭球体和自转的影响,模型物理意义明确,工程实用性强。     

基于多项式混沌展开方法的翼伞飞行不确定性

针对翼伞飞行性能的不确定性量化评估问题,基于多项式混沌展开(PCE)方法,提出翼伞系统模型参数不确定性分析方法。建立含有不确定性参数的翼伞系统9自由度多体动力学模型,并利用PCE方法建立代理模型来逼近翼伞系统非线性动力学模型。分析不同PCE模型阶数和样本点数量对计算结果的影响,综合考虑计算精度和效率,给出适用于翼伞飞行不确定性分析的PCE模型。分别利用PCE方法和Monte Carlo方法研究气动力参数不确定性对某小型翼伞系统飞行的影响。仿真结果表明,PCE方法可以达到与Monte Carlo方法相同的计算精度且具有更高的计算效率,验证了该方法对翼伞系统飞行不确定性分析的有效性。     

无人驾驶动力伞飞行控制系统的设计

无人动力翼伞飞行控制系统，由飞行控制中心、传感器系统、机载伺服系统、地面测控系统、电源及整机电缆组成。软件则包括“地面测控软件”和“伞上控制软件”。系统采用PID改进的带盲区的非比例径向归航控制算法，获得较好的控制性能。     

粒子群算法在翼伞空投系统航迹规划中的应用

针对当前翼伞系统研究中未考虑到地形威胁、火力威胁对航迹规划影响的问题,对地形威胁和火力威胁进行了建模,结合翼伞飞行特性,引入最小威胁曲面生成三维航迹搜索空间,并利用粒子群算法搜索优化翼伞系统的航迹。仿真结果表明,粒子群算法能有效地减小搜索空间,提高规划的效率,且使规划出的航迹能够躲避威胁,满足航程和高度的要求。     

动力系统的理论频谱图和弹(箭)体的消谐减振

指出导弹武器以及运载火箭的动力系统是弹体结构和有效载荷所必需承受的强迫振动的振动源。用求解动力系统全系统动力学方程组的方法,首次提出动力系统强迫振动源按逐个飞行秒得出的理论频谱图,这些频谱图与发动机试车中试车台系统测试有着惊人的一致性,也与飞行遥测数据有很好的一致性。显然,所提出的动力系统强迫振动理论频谱图对导弹和卫星运载工具内部振动接口将发挥它的重要作用。     

速度时变情况下多飞行器时间协同制导方法研究

针对无动力飞行器在速度时变情况下的同时攻击问题,提出基于非线性扩张状态观测器的分布式时间协同三维制导方法。定义飞行器的总前置角以推导简化的相对运动方程,并选取飞行器与目标的相对距离和接近速度为协调变量。考虑实际中飞行器速度时变的情况,把速度变化率建模误差及外界干扰作为扰动,弥补了已有方法对速度严格限制为常速的不足。为了估计系统扰动,设计非线性扩张状态观测器,并证明了带扰动估计的一致性控制协议可以保证多飞行器系统攻击时间的有界一致性。基于该控制协议的时间协同制导律由于在飞行器速度方向与视线方向之间始终存有夹角,当时间协同基本达成时切换成前置角有限时间收敛制导律,以保证最终的制导精度和攻击效果,两种制导律采用模糊逻辑规则平滑连接。通过仿真实验验证了所提制导方法的有效性以及优势。     

尾翼式柔性弹箭飞行稳定性研究

建立了低速旋转的尾翼式弹箭飞行运动和柔性弯曲变形耦合的动力学模型和一般运动方程组，以梁的弯曲理论为基础，推导了柔性弹箭的弯曲变形方程，在准静态变形条件下推导出了柔性弹箭的攻角运动方程，并由此获得了尾翼式柔性弹箭的静态稳定性条件和动态稳定性条件，从中可以看出柔性变形对弹箭飞行稳定性的影响，为大长细经弹箭的设计提供了重要的理论依据。