大型弹道式飞行器六自由度仿真研究与展望

本文针对大型弹道式飞行器传统建模和仿真方法的局限性，采用多种运动形态一体化建模方法， 建立了飞行器全干扰、全量、全通道、时变非线性六自由度模型， 并进行了数字仿真和接入部分实装的半实物仿真。该模型已在控制系统设计、系统质量评估、误差分析与精度评定、飞行效果预报和发射技术决策等领域中应用并获得了良好效果， 证明该模型与传统三自由度模型相比更正确、更符合实际，

弹道式飞行器惯性制导机电式方法的研究历史

以分析最初的资料和报告为基础,介绍了前苏联进行的弹道式飞行器沿"刚性"和"柔韧"(自适应)轨迹惯性制导机电方法数学论证和研制方面的历史,叙述了以著名惯导专家伊什林斯基为首的学派研究出的飞行器惯性制导方案在3个方面的实现情况:1)在被称作λ,μ惯性制导泛函形式下,使用视加速度积分陀螺仪,可以不用积分计算仪表而在飞行器本体上构成主要的制导方程;2)主要的制导方程可以转换成被称作α,β惯性制导泛函的形式,在飞行器本体上构成该泛函时完全不需要复杂的计算装置;3)所研究的机电方法不仅能够通过修正所设计的主动段的距离实现在垂直平面内对飞行器质心运动轨迹的单参数修正,也即沿被称作"刚性的"轨迹制导,而且还能对所设计的俯仰转弯角进行修正,也即实现双参数修正,沿着被称作"柔韧性的"轨迹制导。对于使用固体火箭发动机,推力调节有困难的情况,后者具有重要的意义。给出了某些方法的方块图,其中包括最简单的一种—按α,β泛函制导的情况。

潜射弹道式飞行器初始运动条件的确定

研究从潜艇上发射的弹道式飞行器初始运动条件确定问题,为此建立了相应的坐标系。在考虑地球自转和发射潜艇6自由度运动的情况下,用矢量导数转换的方法推导出飞行器发射时其质心的绝对速度和加速度的表达式,根据合成转动的四元数求取规则求出了描述飞行器初始姿态的四元数。

弹道式飞行器再入高度惯性控制方案

弹道式飞行器再入时，常常要求在规定高度上发出开伞信号，目前用的过载延时控制方法误差太大。本文以飞行器轴向视速度及其积分为控制信号，用共扼方程法设计了一种惯性高度控制方案。计算结果表明，该方案的控制误差小于１００ｍ。

弹道式飞行器对舰载防空火炮的突防概率计算

针对弹道式飞行器突防舰载近程防空火炮系统,建立突防概率数学模型,基于VC++模拟仿真,重点研究弹道末端突防速度、防空火炮拦截距离、射击速率等因素对飞行器突防概率的影响,该研究可为水面舰艇近程防御提供参考。

不变结构半弹道式再入飞行器的建模与多模型方法估计

以配平攻角状态再入的不变结构半弹道式再入飞行器(Semi-ballistic reentry vehicle,SBRV)不同于传统的弹道式再入飞行器(Ballistic reentry vehicle,BRV)和机动再入飞行器(Maneuvering reentry vehicle,MaRV),本文分析了该飞行器再入特征,提出了新的模型并分析了该模型与传统再入模型间的关系.对该再入问题的多模型混合状态估计器引入了F-均匀模型集与期望模式补偿(Expected-mode augmentation,EMA)集.根据SBRV的圆柱体状模式空间的需求,文中扩展了现有的方法以设计F-均匀模型集,进而提出一种EMA集的实现形式.前者在分布最小失配意义下使估计器最优;后者相比于前者具有更高的估计精度.仿真结果表明,相比于传统Monte-Carlo法生成的模型集,在模型集势相当的情况下这两种模型集对不变结构SBRV再入的初始阶段有更高的模式估计的精度,在该飞行器状态变化剧烈时有更高的混合状态估计精度.

可控结构半弹道式再入飞行器的跟踪及充满空间的模型集设计

由于再入过程中结构变化的未知以及流场等不确定因素的影响,可变结构半弹道式再入飞行器(Semi-ballisticreentry vehicle,SBRV)的模式及其变化方式通常也中未知的.本文在分析可控结构SBRV再入运动特征以及模式特征的基础上,提出了充满模式空间的模型集,新模型集根据Hicknell准则设计,该模型集与Monte Carlo法生成的模型集相比不但具有更高的可信度和精度,而且对机动的反应更灵敏.理论分析和仿真结果证明了这种充满空间的模型集对于该机动跟踪问题的合理性与有效性.

弹道式再入飞行器零射程线技术研究

在介绍了零射程线基本概念的基础上,提出了3种常用的零射程线工程算法,并基于其中的迭代方法,采用弹道仿真手段,分析了影响零射程线方向的主要因素,给出了零射程线技术的应用途径,并对零射程线技术后续研究方向进行了展望。

弹道式行星大气进入Allen分析解误差仿真分析

研究Allen分析解的误差问题。Allen分析解是一种应用于弹道式行星大气进入的轨道动力学解析解,但它与三自由度轨道模型的数值解相比存在误差。为了分析误差原因,采用了分段指数函数描述的行星大气密度模型,并建立了弹道式大气进入的三自由度轨道模型和平面轨道模型进行仿真。通过修正平面轨道模型,使之与Allen分析解进行合理地仿真对比。结果表明,分析解误差的主要来源是航迹角为常数的假设。通过进一步分析航迹角的微分方程可知,航迹角的变化受初始速度影响。当飞行器初始速度大于临界速度时,航迹角先增大后减小,此时分析解偏大;当飞行器初始速度远小于临界速度时,航迹角单调减小,此时分析解偏小。分析结果为弹道式大气进入轨道动力学提出更加精确的解析解提供了参考依据,具有理论研究价值。

高超声速飞行器起飞质量的解析估算

基于火箭助推的发射方式,推导出弹道式飞行器、高超声速助推-滑翔飞行器及高超声速助推-巡航飞行器的起飞质量与航程、燃料比冲和载荷之间的解析关系,为总体设计初期快速估算飞行器起飞质量提供了方法。基于此,比较了3种飞行器的起飞质量载荷比。结果表明,助推-巡航飞行器性能最优,助推-滑翔飞行器性能居中,弹道式飞行器的性能最差。

基座对弹道落点偏差影响机理研究

针对基座运动对于飞行器落点偏差影响问题,从基座平移运动和摇摆运动2个方面,基于弹道落点偏差产生的物理与数学原理,采用理论分析与计算推导相结合的方法,分别研究了基座水平速度、升沉速度、纵摇、横摇和偏航摇对落点偏差的影响机理,建立了基座运动状态对飞行器落点的误差传播计算模型,并通过算例分析了这几种因素对于飞行器落点偏差的影响程度,给出了提高落点精度的相应建议与方法。

关于飞行器进入行星大气层的问题

宇宙飞行器再入地球大气层或进入行星大气层是航天飞行的一个重要阶段。从空间返回地球大气层的飞行器叫做再入地球大气层飞行器,简称为再入飞行器;进入其它行星大气层并不返回地球的飞行器称为进入行星大气层的飞行器,我们不妨把这两类飞行器都简称为进入飞行器。

不变结构半弹道式再入飞行器的混合状态估计与模型集设计

多模型方法是混合估计的主流方法之一,以该方法估计不变结构半弹道式再入飞行器(SBRV)混合状态的难点在于设计有效的模型集.文中提出了一种伪Monte Carlo模型集可以使SBRV混合状态估计器在最小均方差(MMSE)意义下接近于最优.SBRV的再入估计具有高度的非线性,同时其模式由多个边界已知的参数张成.给出了这种伪Monte Carlo模型集的设计方法,并分析了其性能特征.该模型集相比于Monte Carlo方法生成的模型集有更高的精度,理论分析和仿真结果表明了新设计模型集的有效性与合理性.

虚拟再入点摄动制导方案应用研究

弹道式飞行器飞行过程中许多不可预料的干扰对其制导系统的“鲁棒性”提出了很高的要求。本文在分析了传统的摄动制导方案(即δ制导方案)在实际飞行中的抗干扰能力差等缺点的基础上,根据弹道式飞行器在空间的运动特性提出了一种基于虚拟再入点状态参数控制泛函的新型摄动制导方案。通过系统的理论和方法对该新型摄动制导方案的合理性、有效性和优越性进行了科学、系统地研究分析,在建立的制导模型基础上进行了严格地科学仿真计算并对该制导方案的部分优越性进行了验证和揭示。

载人登月再入段应急策略仿真分析

在分析载人登月再入段应急飞行策略的基础上,对出现升力故障的弹道式应急飞行进行了仿真研究。建立了再入运动方程,通过设计再入角,对标称再入走廊及航程与应急再入走廊及航程进行了对比,对标称再入走廊设计和应急着陆场选择提出了一些有益结论。

德日的欧亚空间协议

德国和日本一致同意建立一个重要的欧亚空间同盟,目标是联合发展先进的空间技术,包括研制可重复使用的最终可载人的飞行器。独联体,主要是俄罗斯,也将介入可重复使用的密封容器类航天器的计划。得到独联体帮助的日德联队,已作出一个新的重要的空间计划调整,进入21世纪,日德将大大减少对传统合作伙伴NASA和ESA的依赖。