复合风场影响下RLV着陆段固定时间控制

本文针对垂直起降的可重复使用运载器(RLV)返回着陆段面临多类型复合风场干扰影响导致的姿态跟踪控制收敛时间上界与初始状态强耦合及跟踪性能严重下降等问题,提出一种基于双幂次固定时间稳定理论的快速高精度控制方法。首先,对可重复使用运载器返回着陆段所受的自然风场进行分类建模,并分析风场对着陆段姿态控制的影响;其次,基于反步法框架,设计高低幂次加权多项式形式的趋近律,以保证系统状态误差在固定时间内收敛,且收敛时间和上界与初始状态无关;同时,为降低风场扰动对着陆段控制系统性能的影响,保证着陆段控制性能的稳定性及着陆安全性,引入固定时间扩张状态观测器对风场扰动进行估计和补偿;最后基于Lyapunov理论,证明了所设计的控制律可使RLV返回着陆段姿态控制误差在固定时间内收敛;多组数值仿真验证了所提方法的有效性。

基于STFT-AOK的星箭力学环境等效频谱分析

星箭力学环境的频谱特性研究对于力学试验环境条件设计非常重要。工程上通常基于冲击响应谱变换获得力学环境参数等效频谱,然而该方法受稳态放大系数Q取值的影响较大。为此,文章提出一种基于短时傅里叶变换–自适应优化核函数(STFT-AOK)融合技术的星箭力学环境等效频谱分析方法。研究结果表明:STFT-AOK方法可在AOK准确定位频率成分和瞬态特征时频区域的基础上,结合STFT的准确幅值,构造出频率分辨率高且幅值准确的时频分布,实现力学环境等效频谱的有效获取,适用于各种复杂瞬态星箭力学环境参数的频谱分析。

谷神星一号运载火箭的时变模态参数辨识

针对运载火箭这一大型复杂系统,单纯依靠机理分析难以建立能够精确描述其时变特征的动力学模型,借助模态辨识技术获取其在飞行状态下的时变动力学特性尤为必要。面向运载火箭的飞行模态辨识需求,发展基于时变自回归滑动平均模型的仅输出递推辨识方法,引入指数加权遗忘机制进行时变特性跟踪,能够在激励未知的情况下仅基于响应数据准确快速辨识运载火箭的时变模态。以谷神星一号运载火箭为例,开展飞行遥测数据的快速处理,准确辨识发射准备阶段和飞行阶段的关键低阶时变模态,辨识结果与有限元分析结果的变化规律相互吻合,验证了所提时变模态仅输出递推辨识方法是有效可行的,服务了运载火箭有限元模型修正和姿控系统设计的实际工程需求。

海上热发射过程中发射船系泊布置方式研究

海上发射平台/船在进行热发射作业过程中,会受到火箭冲击和风、浪、流的联合作用。由于系泊系统的布置方式不同,海上发射平台/船的运动响应与系泊的应力状态均会受到影响,进而影响到平台/船-箭的安全,因此该文探究了多因素耦合作用下的海上发射船系泊布置方式,包括系泊点位置布置和系泊线长度变化对海上发射船运动响应和系泊应力状态的影响。研究发现将系泊点置于发射船水线以下以及适当增加系泊线的长度,将更加有利于海上发射作业的进行,为今后的海上发射船系泊系统布置提供技术参考。

基于非线性滤波器和动态面的指定时间预设性能导弹冷发射响应控制

围绕车载导弹发射平台无依托垂直发射过程,提出一种通过液压执行器主动调节发射筒摆振进而控制弹体出筒姿态的思路,以保证发射安全性和车载导弹发射平台对发射场坪的适应性。考虑发射筒-适配器-弹筒之间的相互作用关系,建立6自由度发射系统动力学模型,并结合液压压力动态方程推导出7阶状态空间方程。为避免高阶非线性系统控制器反步设计存在的“微分爆炸”问题,引入一种基于光滑的非线性滤波器的动态面技术以简化控制器设计。为抑制难以建模因素对发射响应控制的影响,引入时延估计控制方法进行未建模误差和外部扰动的估计和衰减。结合指定时间预设性能控制方法,实现弹体跟踪快速收敛,并满足摆振幅度和角速度的预设指标。通过数学模型和有限元模型的仿真结果比较,验证了新提出的发射动力学模型的正确性。同时,对PID控制器、动态面控制器、动态面和时延估计结合的控制器以及在此基础上加入指定时间预设性能的控制器影响下的发射动态响应结果进行比较。新提出的控制器能够保证弹体出筒时刻弹体角度被约束在0.5°之内,角速度被约束在1.5°/s之内,其控制性能更优越。

运载火箭的飞行模态辨识技术研究

模态参数是表征运载火箭动态特性的重要指标,对姿控系统设计、动载荷设计、天地差异研究和系统优化设计等具有重要意义。燃料快速消耗和结构分离导致飞行状态下的运载火箭表现出显著时变特征,通过有限元分析或地面振动试验难以获得真实飞行状态下运载火箭的时变参数,开展飞行模态辨识前沿理论研究和关键技术攻关尤为重要。面向工程实际需求,分别发展了基于时间序列分析和动态模式分解的两类时变模态输出递推辨识方法,应用于液体火箭的遥测数据快速处理,准确辨识得到模态参数随时间的变化规律,并展望了运载火箭飞行模态辨识技术的未来应用前景。

基于单点顶推的双幅六跨刚构桥一次性合龙关键技术研究

依托全国首例双幅六跨连续刚构桥合龙项目,阐明了一次性合龙施工过程的单点顶推技术要点。针对主桥顶推施工难点,从局部构造和整体受力方面进行了优化,保证了顶推过程的可控性。在现场施工重难点梳理的基础上,针对合龙前的合龙温度选择、测量监控以及合龙过程中挂篮吊架设置、平衡配重、顶推布置、锁定、体系转换等关键技术严格把关,保证一次性合龙施工的可靠性,可为类似双幅多跨连续刚构桥合龙施工提供解决方案。

基于IGBT时序控制的磁阻发射无级调速实现

为了实现磁阻发射无级调速威力可控,构建了IGBT时序控制无反拉力作用的二级磁阻发射电路,研究了电枢在线圈内弹道的速度-时间曲线,采用最小二乘原理对速度-时间曲线进行了分级多项式拟合;基于电枢终点效应及电枢飞行阻力系数,构建了弹丸飞行方程组及电枢出口速度的数值推导求解方法;当电枢目标出口速度小于第一级线圈所能达到的最大速度时,第二级线圈不工作,通过第一级速度时间拟合函数求得IGBT的通断时序来实现电枢目标出口速度;当电枢目标出口速度高于第一级线圈最高速度时,第一级IGBT按最大速度设置通断时序,通过第二级速度时间拟合函数求得IGBT的通断时序来实现电枢目标出口速度;最后通过实验对测试结果与理论值进行比较与分析,得出了通过选择正确的IGBT通断时序可以实现磁阻发射无级调速的结论。

一种轻量化的运载火箭载荷计算方法

随着运载火箭智能化水平的逐步提高,为实现运载火箭飞行状态的载荷监测以及故障诊断和处置,需要对箭体危险截面载荷进行快速实时计算,即载荷的轻量化计算。首先,采用理论公式与代理模型相结合的方式,提出一种轻量化计算方法,在保证计算精度的同时提高计算效率。其次,按照计算量大小对计算流程进行了重新规划,并对箭体截面进行分类。然后,对于气动、操纵载荷,基于达朗贝尔原理,推导了载荷计算公式,通过预先计算构型相关常值参数降低计算量,并能够保证计算的准确性。最后,对于占比较小的晃动载荷,利用打靶仿真数据构建了多项式代理模型,通过代理模型对晃动载荷进行预测,以进一步降低计算量。研究结果表明,提出的轻量化方法可以大幅提升计算效率,结合不同飞行时间段载荷变化规律,合理选取计算截面数量,可以将计算时间控制在毫秒级,与有限元方法相比,不同类型箭体截面计算偏差均小于5%,对于总体多专业联合仿真以及飞行载荷的实时计算具有重要的应用价值。

航天器交会对接发射时间的选择与确定

在航天器交会对接飞行试验中,追踪飞船与目标飞船发射时间的选择不是独立的,而是相互关联的,并且涉及多方面因素,如轨道共面要求、对太阳电池帆板的日照角限制以及最终平移段目标飞船的照明需求等。综合考虑这些约束条件,提出追踪飞船与目标飞船发射时间选择与确定的方法,并以图表形式给出许多模拟计算结果,对航天器交会对接设计与飞行试验具有应用价值。

反导拦截飞行方案及时间窗口快速搜索算法

反导拦截导弹的飞行方案及发射时间窗口随发射点及预测命中点的位置变化而变化。在不同发射场景中,快速设计反导拦截导弹的飞行方案及发射时间窗口可以有效提高反导拦截系统的反应能力。针对该问题,综合考虑了地球J2项摄动、地球自转、科里奥利力等因素的影响,建立了拦截导弹在地球三维空间中的动力学模型,并提出了一种基于迭代最小二乘的飞行方案及发射时间窗口的快速搜索设计算法。最后,通过相关仿真计算验证了所提方法的合理性。

飞航导弹齐射发射时间的一种快速规划算法

多发飞航导弹齐射时,各发导弹之间存在碰撞或者相互干扰的可能,为了保证导弹飞行安全,需要对各发导弹的飞行管道进行分析,以此规划各发导弹发射时间。为此在对飞航导弹初段航迹分析的基础上,建立了一种发射时间的快速规划算法,实现了以较小的计算量规划发射时间,并且通过仿真计算证实了该算法是正确的。

电弧反射电缆故障测距装置脉冲发射时刻选择算法

电弧反射法(ARM)是一种广泛应用的电缆故障测距方法。由于不清楚测试过程中电缆故障点电弧电阻的动态特性,因此施加测试脉冲时脉冲发射时刻的选择比较困难。分析了ARM测距装置放电过程中的电压和电流特性,以及故障点的电弧电阻特性。论证了在直流电弧放电阶段电弧电阻较低而且稳定,是发射脉冲的最佳时段。据此提出根据电流最大值和故障点电弧电阻的动态特性选择脉冲发射时刻的算法。该方法仅需计算ARM测距装置电压采样数据的方差,即可判断故障电弧电阻的状态,进而确定脉冲发射时刻。装置不需要延弧器,对电弧不稳定故障也能测距。试验数据验证了该方法的正确性。

基于分布式馈电的电磁发射系统效能分析

针对电磁发射系统的系统结构优化问题中馈电方式对系统效能的影响进行了分析,并提出了改进的系统结构。通过引入分布式馈电模式,改变轨道接入PFN放电回路的程度,降低轨道上的损耗,提高了系统效率。仿真分析表明:采用新的时序触发分布式馈电方式,相比单个放电阶段的简单系统以及基于多级电源的时序放电系统,不仅实现了安全稳定的能级跃升,并且克服了使用单个电源的分布式电流馈入方式电流衰减的问题,具有结构新颖、安全可靠、能量利用高效的特点,适合新的系统结构改进设计的要求。

反辐射与反舰导弹协同对海突击发射时机研究

为突破现代水面舰艇严密的防空反导体系,提出了反辐射导弹与反舰导弹协同突击敌水面舰艇的不同方式,并根据两种导弹的航路特点,建立了不同情况下两种导弹发射时机数学模型,并对典型案例进行了仿真分析,为反辐射导弹与反舰导弹协同对海突击作战辅助决策提供了参考依据。

基于图像处理的起飞零时信号检测方法

针对靶场导弹零时信号检测的需要,讨论了现有检测方法的局限与不足,提出了利用高帧频摄像系统及图像处理技术进行导弹零时信号非接触检测的方法,即将特征区域的垂直投影变化作为目标垂直上升的位移变化,当位移超过一定阈值时给出零时信号。对实际情况中不同因素影响的图像进行了模拟实验,实验结果表明:该方法能够在距离目标300m外有效地检测出1cm的位移变化,处理时间在10ms之内,能够实时可靠地给出零时信号。

多武器协同作战发射时序规划方法

在多武器平台协同作战条件下,协调不同武器平台之间的武器发射顺序,快速计算所有武器的发射时间变得十分迫切和异常困难.为解决多武器协同作战发射时序规划问题,以最小化武器平台的最终发射时间为优化目标,建立了多武器平台多打击目标的混合整数规划模型.设计了基于任务优先级的快速启发式算法,可为指挥员提供具有优先打击要求的武器发射时序方案,提出了基于时间维度优化的弹道交叉处理方案,给出了发射时间求解算法及基于空间压缩思想的可行解进化策略.最后通过案例对模型和算法进行了仿真验证,并对可行解进化策略的可行性进行了深入讨论,实验结果表明该模型和方法能有效解决多武器协同作战发射时序规划问题.

基于同心筒结构的共架发射系统武器发射时域协调方法

针对同心筒结构的共架发射系统,研究多武器共架发射时为保证舰艇和武器安全需解决的发射协调问题,提出了时域协调的方法。首先,给出了时域协调的概念,分析了发射速率、燃气排导、初始飞行弹道交叉、防空导弹发射优先等因素对时域协调的影响;然后,建立了基于发射令控制的发射时序模型、发射时间间隔模型及发射优先级模型;最后,对时域协调方法进行了算例验证。结果表明:通过时域上合理地控制武器发射间隔时间可以保证系统安全,同时最大程度地发挥系统效能。

氮气弹射系统动特性实时动态仿真

建立了描述高压氮气驱动下导弹发射架弹射导弹的数理模型 ,求得氮气弹射系统的动特性参数随时间的变化规律 ,对导弹俯仰角的控制原理和方法进行了研究 .还分析了气源压力、导弹重量、弹射机构几何尺寸和物理性质对导弹分离参数的影响 ,并应用混合编程技巧 ,实现氮气弹射系统运动学和动力学的实时仿真 ,将导弹的分离过程可视化 ,以便判断氮气弹射系统的运动规律、运动特性是否满足给定战技要求 .

导管架下水时的驳船总纵强度分析

针对大型深水导管架滑移下水时对驳船总纵强度产生的影响,应用Moses软件,对整个导管架下水过程进行时域模拟,对下水过程中驳船的总纵强度进行评估,以优化压载方案,减小驳船的纵向受力。