平流层零压气球飞行控制仿真研究

文章在详细分析零压气球几何外形、内外热环境和受力等情况的基础上,建立了零压气球几何、热力学和运动学模型。基于该模型,对零压气球上升-驻空-下降全过程进行了仿真模拟,得到零压气球飞行高度、蒙皮及内部气体(氦气)平均温度、氦气质量、气球体积以及气球飞行速度随时间的变化规律,并讨论了气球充氦量以及放飞时间对气球飞行性能的影响。结果表明:气球在上升过程中,氦气存在严重的"超冷"现象,而在驻空和下降过程中,出现严重的"超热"现象。由于"超冷",气球上升速度曲线呈"W"型变化;中午过后,随着太阳辐射的减弱,气球开始下降,直至降到地面。此外,充氦量及放飞时间直接影响到上升过程中氦气温度和飞行速度,对气球驻空高度影响很小。     

基于多层节点模型的平流层浮空器热力学分析

基于两节点热力学模型,研究多层节点模型的平流层浮空器热特性分析方法.对美国国家航空航天局的超长航时气球的仿真结果表明:多层节点模型可给出囊体不同部位的温度分布及氦气温度随时间的变化规律;高空气球囊体顶部和底部的昼夜温差明显小于平流层飞艇内氦气的昼夜温差;高纬度飞行时的氦气温差更小,降低驻空高度可降低氦气温度.研究结果对平流层浮空器热控设计具有重要的参考价值.     

基于DSP的多目标航迹模拟

研究了一种通过载机飞行实现多目标航迹模拟的系统,将多目标运行参数传给雷达.利用GPS接收机测得的载机位置信息,通过航迹模拟模型,实时模拟多个目标的运行状态及计算位置、速度和多普勒频率等参数.使用DSP芯片和优化算法完成信号的实时处理.实验结果表明,目标位置误差小于1 m,速度误差小于2 m/s,计算时间小于50μs,满足了准确性与实时性的要求.     

多旋翼无人机低空航迹规划问题

无人机航迹规划是确保飞行安全高效的重要因素,针对使用二维地图进行航迹规划飞行存在航点精度差、飞机姿态不稳定等问题,通过对多旋翼无人机飞行状态特性分析,讨论了一种利用倾斜摄影三维模型进行复杂地域航迹规划的新方法,并采用实装飞行的方式进行验证,结果表明该方法对在地形复杂地区航迹规划具有较好实用价值.     

基于飞行计划集中处理的多航空器无冲突航迹规划

为增大空域容量,提高飞行安全,降低管制员的工作负荷,4D航迹预测与规划是国内新一代空管自动化系统中最为重要地一项核心技术。首先在预战术流量管理阶段,通过飞行计划集中处理得到的航空器飞行计划信息,将航线划分成若干航段。然后利用航空器在不同航段间的离散型模型和单个航段中运动的连续型模型建立混杂模型,通过全飞行剖面混杂模型进行航迹预测;在相对运动法中采用调整速度来规避航路交叉点冲突以实现冲突解脱。最后提出航迹规划方法并对航空器进行无冲突航迹规划。仿真算例表明：在飞行计划集中处理与混杂模型下预测的水平航迹与垂直航迹能够准确地反映航空器飞行状态变化;调速法或调整时刻能有效地规避飞行冲突,所以提出的无冲突4D航迹规划方法是切实可行的。     

滑翔式飞行器高空自适应跟踪制导控制方法

针对具有较大机动能力的滑翔式高超声速飞行器在复杂高空环境再入的问题,提出了一种基于LQR （线性二次调节器）的多状态自适应跟踪制导方法.该方法基于飞行器量纲一化的再入运动模型,考虑滑翔式飞行器各特征参数和飞行约束设计出基本安全飞行走廊,用拟合法将标准弹道综合成航程-高度-速度-航迹角函数.然后设计了基于LQR的多状态跟踪制导律,并采用多项式拟合法实现全弹道制导律的增益调度函数;形成了一套完整的滑翔式飞行器再入过程基于标准轨道的多状态LQR制导方案设计.并通过仿真计算,验证了该制导方法,表明该方法是有效、高精度的飞行器高空自适应跟踪制导方法.      

舰载飞机弹射起飞性能研究

由于航母飞行甲板长度的限制，舰载飞机必须在短时间、矩距离内弹射（或滑跃）加速到离舰速度。弹射起飞过程中下沉量，离舰上升航迹是舰载飞机弹射起飞特性的主要评定指标。弹射志飞过程中，起落架在航空母舰上呈振荡状态，它的运动直接影响飞机的起飞离舰姿态角，从而影响下沉量和离舰上升航迹，研究了在固定甲板上，计及起落架伸缩运动的舰载起飞特性，并对重量、下降舵操纵等参数对舰载飞机起飞特性的影响进行了深入的研究。     

单兵自动武器建模与仿真分析

为了更好地研究单兵自动武器的刚柔耦合特性,该文基于ADAMS软件,建立了该枪械的虚拟样机模型,分析了其自动机的运动学和动力学特点,并探讨了间隙对自动机动力学的影响.结果表明该枪械的结构设计合理可靠;间隙的存在、相对运动部件间产生碰撞造成能量损失,从而导致枪机框x方向速度与理想状态不同,理想状态速度偏大、循环周期短,而含间隙模型仿真结果速度偏小、循环周期长;枪机框速度曲线的变化说明了间隙对自动机运动学、动力学特性产生了影响;在对单兵自动武器仿真设计中,有必要考虑运动件间隙因素.     

高空气球升空体积变化模型研究

研究高空气球升空前后的体积变化情况,对于平流层高空气球的总体设计具有重要的实用价值。文章基于一系列基本假设,采用理论方法研究了平流层高空气球在升空过程中体积变化情况,并通过有限元方法对理论计算结果的合理性进行了验证。结果表明该理论方法具有较强的实用性,对于高空气球尺寸设计具有重要的指导意义。     

新五维超混沌Lorenz系统

通过加入线性和非线性状态反馈控制器的方法到三维Lorenz系统中,构造出了五维新超混沌Lorenz系统,详细研究了其动力学行为,包括平衡点的稳定性、随参数变化的分岔图、奇怪吸引子和李雅普诺夫指数谱等随参数范围变化关系.结果表明,新五维超混沌Lorenz系统具有较大的使系统处于超混沌状态的参数范围,且使系统处于混沌状态的参数范围极小,同时系统具有较宽的周期轨道和拟周期状态范围,动力学演化过程清晰明了.     

基于斯特林制冷机的氦气氛高低温箱深冷试验研究

为了模拟航天产品试验所需极端温度环境和测试航天产品在较大升降温速率条件下的耐受能力,研制了区别于传统热真空罐的氦气氛高低温试验箱,其净空间尺寸为2m×2.2m,可以通过强制对流与辐射换热相结合的方式提高升降温速率.同时,以液氮和四缸两级斯特林制冷机为双冷源,对高低温箱的降温性能进行测试,考察了高低温箱内空间的降温极限以及达到多个目标温度的降温速率等.结果表明,在液氮与斯特林制冷机共同作用的条件下,通过氦气的强制对流、再将氦气抽除的技术手段,可使热沉温度降至-210℃以下.     

气体钻井上返岩屑对井斜影响的分析

气体钻井井眼环空的气固流动状态给固体岩石颗粒冲击井壁提供了条件。高速气流携带的岩屑与井壁碰撞的频率和剪切应力较大,因而井壁岩石更易破碎,井径扩大更为严重。井径的扩大导致底部钻具组合(BHA)受力状态发生变化,从而造成控制井眼轨迹的难度增加,引起井斜。同时,井壁岩石颗粒碰撞剥落在下井壁形成岩屑垫层,同样影响底部钻具组合力学特性,造成增斜力,从而影响井斜。为分析气体钻井上返岩屑对井斜的影响,根据气体钻井环空流动模型与颗粒碰撞的能量关系,建立了气体钻井条件下的井径扩大判别模型。实例计算表明该模型准确、有效,可以为气体钻井设计和井径分析提供依据。     

探空温度传感器的动态性能分析

为了研究探空温度传感器的动态性能,提出利用计算流体动力学(CFD)方法分析探空温度传感器从地面到32 km高空不同气压和不同上升速度条件下的热响应时间常数;并利用该方法对不同海拔高度下温度传感器的气流温度阶跃响应特性进行分析。仿真结果表明,探空温度传感器的热响应时间常数与海拔高度呈正相关,与探空仪上升速度呈反相关。通过拟合获得不同上升速度下,气流温度阶跃变化后的传感器温度变化与海拔高度、时间的函数关系。这种数值方法和分析结果对探空温度传感器的动态性能分析有潜在的指导意义。     

高速旋转子母弹开舱高度自适应技术研究

针对高速旋转子母弹定时开舱后子弹药落点散布精度低的问题,提出一种修正开舱高度的自适应技术. 建立了高速旋转子母弹子弹药全弹道模型,针对母弹发射时的初速误差、射角误差及抛撒高度误差,利用计算机对子弹药落点精度进行了仿真分析. 结合分析结果提出一种基于开舱高度修正的母弹自适应技术以提高子弹药落点精度,并推导出适合高速旋转子母弹的开舱高度修正公式.      

基于注意力Seq2Seq模型的终端区航空器航迹预测

为充分挖掘机场终端区航空器航迹时间依赖性,解决中长期、多步长航迹预测精度不稳定的问题,引入注意力机制(Attention Mechanism)和教师监督(Teacher Forcing)中的指数衰减(Exponential Decay)采样方法,提出了一种基于序列到序列框架的机场终端区航迹预测模型(Seq2Seq-Attention Mechanism-Exponential Decay, SAE)。序列到序列框架实现了多步长预测,注意力机制提高解码器预测精度,指数衰减采样方法加速了训练阶段模型收敛,在一定程度上提高了模型的泛化性。最后,为了验证提出方法的有效性,利用天津终端区28架次、90天ADS-B航迹数据构建原始数据集,以平均绝对误差(Mean Squared Error, MAE)和均方根误差(Root Mean Squared Error, RMSE)作为模型性能评价指标,进行了航迹预测实验,实验结果表明：高度、经度和纬度在序列到序列框架中的循环神经网络分别采用LSTM、GRU和LSTM可以获得最好预测性能;以四种预测长度1分钟、3分钟、5分钟和10分钟进行建模,与基线模型中预测性能最好的结果比较,所提出方法在验证集上的高度、经度和纬度指标表现最优,10分钟预测窗口下的平均绝对误差分别降低了66.30%, 54.62%和36.59%,均方根误差分别降低了65.45%, 38.16%和20.57%,同时,上述四种预测时长下所提出方法预测结果的均值和方差最小,表明随着预测时长的增加,模型预测结果的稳定性最好。此外,引入的注意力机制与指数衰减采样方法对有效捕捉航迹时间依赖性、提高模型泛化性均具有积极的贡献.     

爆炸碎片抛射速度及飞行轨迹分析方法

通过对爆炸碎片生成特点及飞行规律的分析,建立了爆炸碎片速度及飞行轨迹分析方法。根据爆生产物膨胀做功原理及多方过程状态方程,推导了爆炸碎片抛射初速度计算公式;在爆炸碎片进行抛射飞行阶段后,根据碎片在重力及空气阻力作用下加速度变化规律,通过对飞行过程中加速度方程的推导及边界条件的确定,确定了爆炸碎片飞行轨迹及飞行速度的分析过程。该方法能够分析得到爆炸碎片影响范围、破坏性等相关信息,进而可以为定量分析爆炸碎片诱发多米诺效应奠定基础。     

变构型陆空平台动态起降轨迹规划研究

陆空平台具有多域机动能力,通过陆空模式的转换能够适应各种复杂环境,但陆空模式转换多为静止起飞或悬停下降,这种静态起降方式不利于陆空平台机动性的充分发挥. 针对一种动力机构可偏转的变构型陆空两栖平台,基于牛顿-欧拉方程建立陆空平台的飞行动力学模型,规划偏转角的时间序列以获得动态动力学约束,确定相对时间最优目标函数;基于5次多项式拟合二维平面轨迹,根据PID控制方法设计轨迹跟踪控制器,并进行轨迹规划和控制仿真. 结果表明,动态切换时间相比静态切换时间缩短了23.02%,动态切换规划轨迹平滑,高度方向无超调,控制器能较好地跟踪目标飞行轨迹.      

湿热地区城市热环境评价指标湿球黑球温度简化计算方法

针对室外热环境评价指标湿球黑球温度在实测和数值计算中都比较难获得的问题,在湿热地区广州夏季收集了空气干球温度、湿球温度、黑球温度、相对湿度、风速、太阳辐射和湿球黑球温度等数据,对收集的数据进行相关性分析和回归分析,相关性分析结果表明：空气温度、相对湿度、太阳辐射与湿球黑球温度具有一定的线性相关度,可以采用上述三个气象因子作为湿球黑球温度的简化计算参数;回归分析结果表明：回归的关联式与实测湿球黑球温度的相关性较高,并且满足多元线性回归的各项检验,认为该回归方程具有较高的可信度,可以在城市热环境的实测评价和数值预测过程中,作为湿球黑球温度的简化计算方法应用。     

HTR-10热气导管试验参数测量采集和保护系统

高温气冷实验反应堆（ＨＴＲ－１０）的热气导管和它的同轴外壳,连接邻近分开布置的反应堆和蒸汽发生器压力壳,管内外分别流过高温（９５０℃）和反向的低温（３０℃）氦气,它的热性能实验已在氦气工程试验回路上完成。实验回路中的热气导管试验段具有可拆卸的高密封要求的三层壳结构,它的内部参数的测量和信号的引出使用了数种经过予先试验过的压力壳贯穿结构。试验中需要连续测量的信号达７０多个,运用计算机采集监控技术,开发了一套智能化的数据实时采集、显示和处理系统,兼有监控、报警、保护等功能,并通过联网在其它微机上显示回路和试验装置内部的运行状况。在经历了５００ｈ的实验考验后,系统性能稳定可靠。     

浸没燃烧蒸发过程单个气泡传热传质模型

浸没燃烧蒸发器是一种利用高温气体与低温液体直接接触传热的高效蒸发设备,其现有传热传质模型较为繁琐。该文从传质推动力角度出发建立了高温气泡在水中上升过程的传热传质模型,计算结果与文献报道的实验数据、模拟结果基本吻合。利用该模型计算可得出,浸没燃烧蒸发过程中,液体平衡温度随气体初始温度的升高或气泡内初始水蒸汽含量的增大而升高,接触时间在一定范围内的增加使得液体平衡温度随之降低,超出1 s后对液体平衡温度影响不大。