高超声速运载器宽速域气动/推进耦合建模与分析

为了满足吸气式高超声速运载器在初步设计阶段的宽速域模型需求,基于流线追踪和高超声速气动理论建立独立于构型的宽速域压力和摩擦力壁面分布气动模型;以准一维流理论为基础,建立包含边界层和跨声速特性的宽速域双模态超燃冲压发动机模型. 对于典型工况,2种模型的仿真结果与试验结果误差分别不大于2%、3%. 在所建立模型的基础上,提出前体/进气道和后体/尾喷管力系的解耦/耦合策略,建立气动和推进学科的宽速域一体化耦合模型及仿真平台.针对某吸气式高超声速运载器的分析发现一体化设计的吸气式高超声速运载器存在严重的非线性气动/推进强耦合,认为所建立的耦合模型在精度满足一定要求的条件下能够定量/定性地评估气动/推进的耦合效应,有助于吸气式高超声速运载器的构型设计、地面仿真和控制研究.     

二维超声速进气道数值仿真研究

研究混压式超声速进气道改善阻力性能问题,改变进气道构型,针对Kantrowitz极限标准在进气道收缩比的设计上都过于保守;针对粘性效应问题,通过改进方法来控制激波/边界层干扰所造成的边界层分离现象,可以有效的降低粘性效应所带来的负面影响,提高进气道的起动特性,设计点和非设计点(Ma=3.5)均能达到优化进气道性能指标的效果.应用CFD对超声速进气道的起动特性进行了数值仿真分析,并从定量角度给出了如何施加壁面开缝措施来控制进气道的边界层分离现象.仿真结果发现在无粘和粘性条件下,相对开缝前,进气道的总压恢复系数分别提升了8.1%和22.7%.同时仿真结果表明,对于超声速进气道的设计和改进有一定的指导作用.     

基于自动微分与伪谱法的小推力借力轨道设计

针对小推力借力轨道设计问题,给出一种基于自动微分与伪谱法的优化方法.借力模型采用B平面模型,提高了轨迹优化设计的鲁棒性.用高斯伪谱法对整个小推力借力轨道进行离散,将发射时间的搜索包含在同一计算框架内,避免了传统混合方法中随机搜索算法收敛慢、精度低的缺点.将得到的大规模非线性规划(NLP)问题采用序列二次规划(SQP)法进行求解,为实现NLP问题的快速收敛,提出了串联优化以及弹性约束策略.SQP需要的导数信息通过自动微分获得,保证了计算的高精度和快速收敛.对地球-金星-火星小推力借力轨道进行了优化设计,验证了本文方法的正确性和有效性.     

基于Vega Prime的通用视景仿真系统研究

针对当前的视景仿真系统大多只能实现单一场景仿真的局限,提出一种基于Vega Prime的可定制、可扩展的视景仿真系统框架.该系统以LynX Prime生成的ACF文件为基础,然后利用所开发的图形用户界面来进行三维实体模型、特殊效果、声音等场景元素的添加或删除以及属性的编辑等操作,从而来实现三维场景的装配.同时设计了一种通用的、可扩展的驱动机制,通过用户界面来配置网络数据或者本地数据文件来实现视景驱动.     

亚轨道飞行器返回轨道设计研究

返回轨道设计关系着亚轨道飞行器能否安区返回.亚轨道飞行器的返回过程不同于航天飞机的返回过程.针对亚轨道飞行器的返回轨道的特点和要求,将基准返回轨道分成常数倾斜角飞行段和解析表达式飞行段进行设计.在常数倾斜角飞行段,采用常数倾斜角控制;在解析表达式飞行段,采用解析表达式来代替飞行高度速度剖面.已知返回点和末端能量管理入口的高度、速度,在满足飞行约束条件下,设计基准返回轨道,并对求得的基准轨道进行跟踪对比.算例表明,给出的亚轨道飞行器返回轨道设计方法是可行的.     

飞行器虚拟样机分布仿真实现

该文介绍了飞行器虚拟样机系统设计环境的基本构成 ,在此基础上 ,建立了分布式虚拟样机网络结构 ,研究了虚拟样机分布仿真模型的构造方法。对基于RTNET实时网络的共享内存中件设计进行了研究 ,并建立了分布中件设计中共享内存的分配和管理机制。对虚拟样机分布仿真策略进行了研究 ,建立了分布仿真运行机制。     

在VTree中嵌入OpenGL尾焰的方法

由于VTree提供的火焰特效无法满足飞行视景仿真中飞行器尾焰的绘制要求,因此采用一种简化的基于粒子系统的尾焰模型,研究了基于回调机制的将OpenGL绘制程序移植到VTree中的方法,在应用中实现了粒子系统尾焰的对象化.解决了在VTree中使用OpenGL程序常出现的状态影响问题.通过对OpenGL和VTree编程代码的分离,使该文的方法有较大的适用范围.最后给出了应用仿真实例,仿真结果表明该粒子系统模型在VTree中取得了较为逼真的尾焰效果,并可以满足飞行视景仿真的实时性要求.     

空间目标拦截零控脱靶量的近似计算

基于理想二体下的弹道方程解析式和Taylor线性化方法,忽略重力在拦截末段对拦截器和目标运动状态的影响,推导了空间拦截初始制导偏差与零控脱靶量之间的近似计算公式.测试结果表明该近似算法得到的零控脱靶量与真实值比较接近,在较小初始偏差条件下,简化的近似计算公式能给出满意的结果,所得零控脱靶量可用于空间动能拦截制导系统的初步设计与分析.     

拖缆的弹簧柔性体模型在拖曳式空中发射系统中的应用研究

拖曳式空中发射系统模型的复杂程度很大程度上取决于拖缆模型描述的复杂程度.将拖缆视为"弹簧柔性体",即串联的一系列线性弹簧来处理,不仅可以求解拖缆的静态位形,还可以求解拖缆的动力学特性,谋求解决拖缆的动力学问题.所以,从理论上讲是一种较为理性的模型.     

雷达多目标跟踪的关联粒子滤波研究

在整个导弹防御系统中,多目标跟踪是很重要的一项技术,要求系统快速机动地跟踪导弹目标,但系统存在非线性问题,使用传统方法使跟踪偏差大。为解决上述问题,提出在非高斯条件下,把高斯-厄米特粒子滤波算法和联合概率数据关联方法相结合,对多目标跟踪的数据进行关联处理并进行状态估计。利用高斯-厄米特滤波计算的均值、协方差产生密度函数,并生成具有后验特征的粒子。用联合概率数据关联方法进行杂波剔除和数据关联,并对综合的关联粒子滤波算法进行仿真。仿真结果表明,改进方法可以有效解决多目标的准确跟踪问题。