宇宙神5系列运载火箭的现状及其未来的发展

宇宙神5系列运载火箭是美国现役的运载火箭,具有极高的可靠性和强大的运载能力。洛克希德.马丁公司正计划通过加大芯级直径,发展新型上面级等手段对宇宙神5进行改进升级,以满足未来空间运输的需求。

火箭底部喷流辐射加热的数值模拟研究

火箭底部防热结构设计直接关系其运载的能力,然而,如何准确计算火箭底部喷流辐射是其防热设计过程中的一个难点。提出一个基于有限体积法的火箭羽流对其底部热辐射的数值计算方案。在该方案中,采用有限体积法求解高温混合气体辐射传输方程,编制开发一个适用于计算火箭底部羽流辐射的程序。为了考察计算程序的可靠性,通过验证表明:计算结果与公开发表文献中的结果均符合很好。最后,进一步计算了发动机喷流对火箭底部热辐射,探讨气体成份各自辐射热流密度的变化规律,计算结果说明主要的火箭羽流组份对底部热环境的决定性影响,为火箭底部的防热设计提供依据。

多自由度空间机构模块化关节研究

针对常规空间机器人及多自由度空间机构设计方法的不足,采用模块化设计思想,设计出集电机驱动、减速和传感等功能于一体的多自由度空间机构模块化关节,满足空间机构的轻质化、小型化、维护性及空间环境适应性设计要求。

弹道导弹高能粒子辐射环境适应性研究

导弹飞行环境中包含多种高能带电粒子,会对敏感电子器件产生辐射环境效应影响。针对3个典型的弹道获取高能粒子能谱分布情况,开展辐射环境及效应的分析,探讨导弹对高能粒子辐射环境的适应性,提出防护设计建议,以改善其适应性。

关于未来导弹战形态及创新设计的研究

随着科技革命和军事革命的加速发展,战争形态尤其是导弹战的形态正在不断发生演变。分析了战争形态的演变与导弹武器装备的发展,对导弹战的历史进行了简要回顾,并针对未来导弹战的形态提出5个方面的趋势。最后围绕作战概念创新、把握战争主动权、应对不确定场景3个方面提出认识与思考,为未来装备发展与战争设计提供参考。

直/气复合控制导弹的模型预测和自抗扰姿态控制设计

针对直/气复合控制导弹姿态控制系统的特点,提出将非线性模型预测方法与自抗扰控制方法结合的姿态控制策略,设计姿控脉冲发动机阵列点火逻辑,在分析直接侧向力有限约束集的基础上提出直/气复合控制导弹姿态控制系统设计方法。仿真结果表明,所给出的复合控制策略可以有效抑制外部干扰和模型不确定性的影响,显著加快拦截导弹的过载响应速度。

基于滑模变结构电驱动防滑刹车控制系统设计

为提高飞机起落架防滑刹车系统的效率和可靠性,针对刹车系统的复杂性及非线性的特点,提出了基于滑模变结构的全电驱动刹车防滑控制系统方案;将滑模变结构的机电设备力闭环的控制策略应用于全电驱动起落架刹车系统,以提高系统响应频率和刹车力闭环控制精度。通过惯性台刹车试验对设计的防滑刹车控制器及其控制策略进行验证。试验结果表明,设计的电刹车系统带宽由传统算法的2.5 Hz提高到7 Hz,力闭环控制精度由7.5%FS提高到2.0%FS。

高超声速飞行器切换多胞系统自适应跟踪控制

针对保证大包线稳定飞行的高超声速飞行器轨迹跟踪控制器设计问题,提出了一种多回路切换多胞自适应跟踪控制方案。基于运动模态在频率上存在显著的时标分离特性,将高超声速飞行器的状态分成内外回路进行设计,考虑到干扰及外回路对内回路的不确定影响,采用增益调度与自适应控制结合的方法设计了内外回路控制器。该方法解决了将该飞行器切换多胞系统作为整体设计时无法综合出保证全局稳定控制器的问题,并且降低了控制器设计的复杂性。仿真结果表明,闭环跟踪系统在工作包线内具有良好的动态响应品质与稳态跟踪性能,从而验证了控制方案的有效性。

空间近距离接近与绕飞轨道设计

利用多项式建立了空间飞行器相对目标的变轨加速度模型,给出了C-W方程的解析解;由此将在给定时间、初始及终端条件下完成空间近距离接近与绕飞的轨道设计问题转化为求解六元非线性方程组。文中给出了接近与绕飞典型问题的算例,验证了求解思路的正确性。

一种双轴姿态稳定平台的设计与实现

机载姿态稳定平台可隔离载体角运动、精确跟踪当地水平面,因此在航空遥感领域中有着广泛的应用前景;通过以微惯性传感器作为主要测量元件,以步进电机作为执行机构,构建了一种双轴姿态稳定平台,进行姿态的闭环控制,克服了传统陀螺稳定平台造价昂贵、设计复杂的特点;试验测试结果表明,该平台可以实现对当地水平面的精确跟踪。

固体火箭发动机喷管阻尼特性的数值仿真

为了探究影响固体火箭发动机喷管阻尼特性的关键因素,基于典型柱状装药固体火箭发动机二维简化模型,利用脉冲衰减法,开展喷管阻尼特性数值仿真计算,研究了喉通比和燃烧室长度对喷管阻尼常数的影响规律,结果发现数值模拟结果与经验公式理论预估结果有较好的一致性,证实了该数值方法的有效性;在此基础上,进一步探讨了无法由经验公式直接获知的诸如喷管收敛半角以及收敛型面对喷管阻尼常数的影响规律,结果表明:收敛半角对喷管阻尼常数有很大的影响,在设计范围内,较小的收敛角有益于提高喷管阻尼特性;收敛段型面对喷管阻尼也有一定的影响,凸型型面阻尼特性优于锥型型面,锥形型面优于凹形型面.

面向稀薄流非线性本构预测的机器学习方法

稀薄非平衡流域内连续介质假设已经失效,主要围绕Boltzmann方程及模型方程对稀薄非平衡流开展理论与计算研究,统一气体动理论格式(UGKS)是其中一种代表性方法。在稀薄非平衡流数值模拟中,Navier-Stokes(N-S)方程连续介质假设已经失效,不能有效描述流场非平衡特征。UGKS方法虽然计算精度高,但速度空间离散导致计算效率低下,多维高速条件下数值计算难以开展。基于数据驱动的思想,在N-S方程与UGKS方法的研究基础上发展出了一种稀薄非平衡流非线性本构关系求解方法(DNCR)。该方法以N-S与UGKS求解器获得的流场数值模拟计算结果作为训练数据集,基于流场特征参数采用极端随机树算法生成机器学习模型,对预测流场中线性黏性应力项与热流项进行非线性修正,并耦合非线性本构关系求解宏观守恒方程得到目标状态稀薄非平衡流动数值解。针对DNCR方法中所采用的机器学习方法-极端随机树模型,通过二维顶盖驱动方腔流算例对高维非线性建模涉及的特征参数选取、参数调优开展了相关验证工作,选取若干典型状态对极端随机树模型的泛化性能开展研究,并评估了相关模型与方法的计算精度与计算效率。