基于FPGA的车载发控计算机的设计与实现

车载发控计算机既要求可靠性高,又要求低成本,需要在整机设计、机械结构设计、电路结构分解、接口设计与实现、元器件选型等方面协同设计。兼顾考虑低成本与高可靠要求,提出一种基于DSP和FPGA的低成本车载发控计算机的设计思路,DSP实现控制算法,FPGA实现接口数据转换与传输。发控计算机采用一种便于生产和快速维修的车载嵌入式计算机结构,具备较高的实时数据采集处理、多通道数字和模拟信号隔离采集、大FIFO深度串行数据缓冲以及防雷通信接口等能力,满足车载领域应用要求。

卫星低成本策略与实践研究

随着航天产业的发展,低成本已经成为卫星研制转型的重要特性.“如何迎接低成本挑战,达到既符合市场发展需求,又风险可控的卫星研制策略”是卫星研制的重要议题.首先从成本内涵的角度出发,论述了成本度量与低成本的内涵;然后从目标体系、组织管理机制及经营策略等方面,对卫星低成本研制策略进行了探索;最后从技术方案、产品实现、发射运行、应用服务及条件保障等方面,对卫星低成本设计技术进行了全方位研究.本研究工作旨在为卫星规模化发展提供理论与实践指导.

堆叠式多星组合体结构设计与连接技术发展及展望

以Starlink为代表的低轨互联网星座是当前航天领域发展的热点,堆叠式多星组合体技术可大幅提高整流罩空间利用率,从而加快低轨星座的建设速度,是未来一箭多星发射技术的重要方向之一。首先,通过分析堆叠式多星组合体技术的需求和意义,总结现有的堆叠式多星组合体的连接形式;然后,通过对比分析指出适合大规模星座建设的连接形式,针对目前应用成熟的堆叠式多星组合体连接方案进行解读,得出该技术的组成原理和技术特点;最后,对堆叠式多星组合体结构设计与连接技术的难点与挑战进行分析并提出展望,为未来堆叠式多星组合体结构设计提供参考。

火箭推力矢量控制伺服系统飞行数据高频特征复原方法

针对运载火箭伺服系统飞行数据存在高频信息缺失的问题,提出了一种基于小波多分辨率分析的高频特征复原方法。首先,通过小波多分辨率分析提取伺服系统地面热试车试验数据的特征;然后,利用摆角速度信号与高频特征之间的关联性,基于提出的特征匹配方法对飞行数据高频特征进行预测;最后,对信号线性叠加以实现特征融合,从而完成恢复飞行数据高频信息的流程。试验验证表明,数据复原结果与基准数据相比具有一致的换向频率规律,所提出的特征复原方法能够有效恢复飞行数据缺失的高频特征,为获取航天伺服产品真实飞行工作剖面特征提供了数据支持。

大口径轨道炮弹药运用中多物理场环境表征

当前轨道炮相关研究主要集中于小口径轨道炮,对于大口径轨道炮发射过程中弹药的多物理场环境表征缺乏认知。针对该问题设计了一种大口径轨道炮发射一体化弹丸的动态仿真模型,充分考虑了组件之间的接触特征、材料属性变化以及结构变形等实际因素,讨论了发射过程中发射组件的电磁场、温度场以及结构场的时空分布特性。基于仿真结果,对发射过程中弹药运用的可靠性进行了评估。研究结果表明,该型130 mm轨道炮能够将26 kg弹丸加速至1 023 m/s,最大过载约为6 700g。此外,在发射组件出炮口的瞬间,引信感应电流以及TNT药柱所受应力会急剧增大,导致弹药运用存在安全隐患,而温度场对弹药的影响较小。

发射载荷作用下特种车辆动态响应仿真分析与优化

基于HyperMesh-LS-DYNA有限元建模与仿真方法,探究了特种车辆在发射载荷作用下车体的稳定性问题。以某型特种车辆为研究对象,在车辆数值仿真模型中构建了悬架等相关柔性化组件,对车体在发射载荷作用下的稳定性进行分析,发现发射载荷未能均匀分散到各支撑结构,且在发射底座、 g-h轴对应轮胎与地面的接触压力较大,发射筒摆动幅度较大。基于上述结果,提出调整支腿结构的刚度阻尼系数和增加附加支撑结构两种优化方案,以达到减小车辆与地面的接触压力以及车体纵向摆动幅度的目的,并进行了仿真验证。结果表明,辅助支撑的数量与位置对车体稳定性的影响较大,靠近底座以及数量越多,对车体稳定的保持效果较好,其中在g-h轴之间增加一对附加支腿,底座接触力减少16%;在b-c、 g-h轴之间同时各增加一对附加支腿,底座接触压力减少20%,发射筒摆动幅度范围缩减12.1%。

多级重接式电磁发射的电磁分析与有限元仿真

为了对多级发射达到高速时的电磁问题进行研究,以使用板状发射体和箱形线圈的多级重接式电磁发射为研究对象,推导了多级线圈电磁场和发射体涡流场的综合作用方程,利用ANSOFT电磁场有限元分析软件建立了三维有限元仿真模型并进行仿真计算。结果表明,多级线圈电流的同时存在,既改变了单级线圈的磁场分布和磁感应强度大小,也改变了发射体中局部涡流密度的大小和发射体受力的大小。这种改变与线圈电流的频率和相位差异相关,并且线圈间距越小,这种综合作用的影响越大。

基于虚拟样机的多星分离仿真分析

在一箭多星发射任务中,卫星分离仿真分析较为复杂,分离后卫星的运动状态受多因素共同影响,包括弹簧弹力、爆炸螺栓冲击力、电连接器拔脱力、航天器质量特性、初始运动参数等,采用传统数值计算的方法难以求解。虚拟样机技术能够有效解决上述问题,通过虚拟样机技术完成卫星分离仿真分析,通过人为设置偏差及干扰,模拟偏差及故障模式下卫星分离过程,评估碰撞等危险发生的可能性。结果表明,系统偏差对分离结果的影响量可通过仿真来评估,在风险较大情况下需要采取弹簧筛选等措施;另外,电分离插头机械拔脱力作用时间短,造成的干扰一般情况下不会影响分离安全。

多管火箭炮定向管的多目标优化及多属性决策研究

针对某多管火箭炮(MRLS)复合材料定向管的结构设计指标,根据有限元分析方法和优化设计方法,以复合材料定向管的复合铺层厚度、铺层角度及定向管中定位部的位置为优化设计变量,定义定向管固有频率和定向管质量为优化目标,结合有限元数值计算结果,采用改进非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),建立了复合材料定向管的多目标优化模型。通过优化求解,得到帕雷托(Pareto)最优解,并由这些Pareto最优解构成决策矩阵,利用客观赋权的信息熵法计算各属性的权值,并运用逼近理想解的排序方法(TOPSIS)进行了多属性决策研究(MADM),对Pareto最优解作了排序。引入比刚度结构效能对比分析优化前后的定向管性能,表明对定向管的优化设计是有效的。

多级固体运载火箭分级多学科设计优化

为了解决固体运载火箭总体优化过程中学科耦合性强、计算复杂、设计效率低等问题,建立了多级固体运载火箭的几何外形、质量、气动、推进、弹道/制导等学科模型,将多级运载火箭分成若干个子级火箭,并通过级间飞行状态连续性条件连接到一起,形成系统级和子系统级的框架。设计了并行方式和串行方式2种子系统的优化流程,以起飞总重最小为目标进行了多学科设计优化(MDO)。结果显示,这2种分级优化的方法与多学科可行(MDF)方法相比能减小优化过程中的迭代次数,得到更好的优化结果,从而验证了分级优化方法在多级固体运载火箭MDO的可行性与优越性。

“一箭多星”发射低地球轨道卫星的构型优化设计方法

针对"一箭多星"发射的低地球轨道(LEO)卫星,提出一种考虑多星-单星耦合作用的卫星构型优化设计方法,从单星系统配置和运载火箭对构型的约束分析、"一箭多星"发射构型设计、单星和多星分配器构型设计3个层次逐级开展卫星构型设计。通过设计实例验证了卫星构型优化设计方法的有效性,此方法能够在满足构型约束条件的同时,实现运载火箭潜力的最大化利用及单星发射成本的最低。

野战激光通信中多口径发射与大口径接收试验研究

针对野战无线激光通信中大气衰减和光强起伏问题,分析了大气对激光通信的影响,探讨了多口径发射与大口径接收对大气影响抑制机理,在此基础上,构建了多口径发射和大口径接收试验装置,发射端发射孔径数目可调,接收端光学天线采用卡塞格伦结构,通过在光学天线前面增加不同口径光阑方式,改变天线口径。发射孔径数目增加到4束时,光强起伏方差约为单光束时的1/2,接收口径直径相差1.5倍时,闪烁方差之间相差1.6倍,验证了对大气湍流的抑制效果。根据理论分析与试验结果,对野战激光通信光端机的部分参数进行了优化设计。

基于改进Craig-Bampton法的导弹发射过程多柔体动力学研究

应用刚柔耦合系统动力学方法,将车载导弹发射装置关键零部件如车架、起落架等作为柔性体,通过改进的Craig-Bampton方法融合在车载导弹发射系统多体动力学模型中,建立了柔性多体系统的动力学模型。进行了发射过程的动力学仿真,并和刚体模型的计算结果进行了对比,获得了导弹在发射过程中的姿态参数和发射系统的动力学特性。结果表明,考虑柔体效应的刚柔耦合多体动力学模型,比刚体模型更贴近导弹实际发射的情况。为今后更精确的研究车载导弹的发射过程动力学特性提供了理论参考。

多导弹发射单元HLA仿真系统中数据分发管理的应用

根据基于HLA的多导弹发射单元分布式仿真系统中数据分发和过滤的具体需求,在对HLA中数据分发管理策略深入研究的基础上,文章提出了多层次区域面序列和多层次路径空间序列的数据分发管理方案。通过在路径空间中创建平行的区域面序列和在空间中创建平行的二维路径空间序列,实现多导弹发射单元分布式仿真系统中数据信息的分类、分层次分发过滤,同时采用措施优化区域匹配、减少组播组分配,进一步提高数据分发的效率。仿真结果证明了方案的有效性。

再生式液体发射药辅助药室发射技术研究

介绍了将再生式液体发射药火炮技术与辅助药室火炮技术有机结合的再生式液体发射药辅助药室发射技术的基本原理,分析了再生式液体发射药辅助药室发射技术的主要技术特点和实现的可能性。

陆基远程巡航导弹发射阵地选址多目标决策

分析了影响陆基远程巡航导弹发射阵地选址决策的主要因素，建立了各目标因素的量化模型和目标组合的综合模型，给出了一个典型的综合优化模型的特例和在计算机上实现ＤＳＳ的思路及方法，并进行了进一步的讨论。

一箭多星发射微小卫星构型设计

针对目前一箭多星发射微小卫星在构型设计中对部件工作环境、结构质量等影响整星性能的因素考虑较少的问题,提出了一种一箭多星发射的微小卫星构型设计方法。为保证飞行任务完成、提高整星性能、降低研制难度,该方法从在轨构型设计、发射构型设计、结构设计优化三个层次开展卫星构型设计,分阶段对总体布局、散热面、结构机构配置、星箭接口等进行设计优化。此外,针对一箭多星发射卫星构型多样化的特点,提出了构型效能评价方法,可对不同构型方案进行量化对比。经相关任务的设计验证表明:利用此方法进行的一箭六星发射的卫星构型设计结果,通过采用新颖的多面体、无展开机构构型,可最大程度保证整星的整体性能。

基于整体级概念的多级固体运载火箭设计与优化

针对多级固体运栽火箭小型化需求，采用整体级概念（ISC）进行总体方案改造和优化设计。描述了2种ISC概念的特点，以某三级常规方案固体运载火箭为基准，通过利用级间的剩余空间，完成ISC方案改造。建立了运载火箭的整体级发动机动力计算模型、气动计算模型和弹道计算模型，并结合任务指标要求，提出了运载火箭的总体参数优化模型。在相同的任务条件下，完成了常规方案和2种ISC方案的优化。结果表明，引入ISC概念可将运载火箭体积缩小15％～20％，起飞总重缩小1％-1．5％，满足了总体指标要求，达到了运载火箭小型化设计目的。

多匝轨道炮的电磁学优势分析

多匝轨道炮采用多层结构,是解决简单电磁轨道炮电感梯度小、电流汇聚严重等轨道炮应用问题的一个重要途径。分别对简单轨道炮、双匝、三匝轨道炮膛内磁场分布、电感梯度、轨道内电流分布进行了比较分析。分析结果为在单侧通流总量不变、口径相同条件下,3种结构形成的磁场分布近似,多匝轨道炮电感梯度提高明显且电流汇聚程度减弱。分析认为,与简单轨道炮相比,轨道炮采用多匝结构可在一定程度上降低对脉冲电流的大幅值需求,进而减小对电源的要求、降低电源及回路线缆的不必要能耗、减弱欧姆热集中带来的不良影响,是轨道炮发展的一个重要方向。

Matlab/Simulink环境下多级运载火箭及其载荷飞行轨道仿真的实现

探讨在Matlab/Simulink环境下多级运载火箭及其载荷飞行轨道仿真方法 ,并给出仿真算例 。