载人深空飞行返回再入模式仿真研究

建立了用于研究载人深空飞行返回再入模式问题的平面动力学模型,进行了基于弹道式和半弹道式模式再入的轨道仿真,分析比较了相同参数条件下两种再入模式的轨道动力学仿真结果,得出了载人深空飞行返回应采用半弹道式模式再入的结论,为进一步研究载人深空飞行返回再入策略和轨道优化设计提供了条件.     

再入式无源环形谐振腔光纤角速度传感器

为研制高灵敏度且环长度更短的光纤角速度传感器 (FORS) ,对采用低相干长度光源、无源环形谐振腔以及高性能反射镜的新型再入式光纤角速度传感器 (RPR- FORS)进行了理论分析与实验研究。分析了无源环形谐振腔中定向耦合器的透过率、环形谐振腔的透过率与测量灵敏度的关系。通过采用机械方式改变反射系数的方法验证了反射镜在RPR- FORS中的作用 ;进行了相位调制器插入环形谐振腔内与插入环形谐振腔和反射镜之间的对比实验 ,证明了两种调制方式具有相同的效果。同时在初步实验中获得了角速度敏感信号。这种 RPR- FORS为集成化的角速度传感器奠定了理论和实验基础     

火箭整流罩半罩再入过程连续流区气动特性数值研究

针对整流罩半罩与运载火箭分离后再入落点预测难的问题，结合再入实测飞行弹道数据，采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法对某型常用火箭整流罩半罩再入过程在连续流区的气动特性进行了全面研究，得到了再入速度在Ma为0.20～5.95和攻角为0°～360°范围内的气动参数。计算结果表明：半罩再入过程存在2个配平攻角，超音速和亚跨音速流域的第1个配平攻角分别约为95°和88°,第2个配平攻角均约为255°;在第1个和第2个配平攻角处，半罩在0°滚转角位置分别表现出在滚转方向上静稳定与非静稳定特性；沿半罩轴线方向调节其质心位置，可有效改变其配平飞行攻角，从而显著改变配平飞行升阻比。研究结果对运载火箭半罩再入落区可靠预测或一定范围内的落区调节控制具有重要价值。     

间接法求解具有最大横程的再入轨迹

针对运用间接法进行弹道优化时存在共轭变量初值高度敏感难以估计而无法获得全局最优解的缺点,引入混合遗传算法对弹道优化时的共轭变量初值进行搜索,并求解获得具有最大横程的再入轨迹. 求解时考虑了热流约束、过载约束和动压约束,约束的处理采用惩罚函数方法,通过对不可行解的惩罚转换为无约束问题. 数值仿真验证了该算法实用性.      

探月三期月地高速再入返回飞行器工程参数测量系统设计及飞行结果

月地高速再入返回飞行试验任务目标是验证与半弹道跳跃式返回再入的相关技术,全面可靠的获取试验相关数据,对试验结果评估至关重要,为此飞行器专门设计实现了一套包括力、热、图像等参数采集与存储的工程参数测量系统,本文给出了该系统的设计情况及飞行结果.     

飞行器GNC试验子系统新技术及验证

飞行器GNC试验子系统是月地高速再入返回飞行器制导导航与控制(GNC)分系统的3个子系统之一,由中心控制单元、小型星敏感器、星敏防尘机构3台新研产品组成.同时,飞行器GNC试验子系统也是探月三期着陆上升组合体GNC子系统的一个产品子集.为满足探月三期的重量与功能需求,中心控制单元采用了可编程片上系统(So PC)技术进行集成化设计以减轻重量,并为适应空间辐射环境进行了多重防护设计;小型星敏感器采用非球面光学系统及高速处理电路等技术有效地减少了产品重量;星敏防尘机构以微型步进电机为核心,优化了结构、阻尼等细节设计,在满足功能要求的同时做到了重量的优化.为了更为真实地利用飞行器任务对上述产品进行在轨验证,设计了一种"虚拟卫星控制系统"的在轨验证方法,在试验子系统没有执行机构和真实受控的航天器对象的条件下,构造了被试验产品的在轨闭环验证环境.本文详细介绍了上述新研产品的关键技术和系统验证方法,并结合在轨验证情况给出了新研产品的验证结论.     

基于拟能量的高超声速飞行器再入轨迹优化

考虑高超声速飞行器再入过程总加热量最小,基于拟能量将单段轨迹优化转化为多段轨迹优化问题,采用非等间距控制变量参数化方法对每段轨迹分别优化.高超声速飞行器再入轨迹必须满足热流率、动压和过载3个约束.通过把控制变量参数化,同时引入时间尺度变换和不等式约束转化方法,将轨迹优化问题转化为含有约束的非线性规划问题.基于拟能量概念,将再入轨迹进行了分段优化,以4段为例进行了仿真,计算时间比单段情况下缩短了约50%.     

基于强跟踪滤波器的再入飞行器制导律设计

研究了气动模型存在误差情况下高超声速再入机动飞行器的制导律设计问题。首先用强跟踪滤波器对气动参数进行估计,然后根据估计值与标称值的偏差对攻角和倾斜角进行修正,最后对原始非线性方程沿着标称轨道线性化得到线性偏差方程,并利用线性二次型最优调节器原理设计控制律。仿真结果表明所设计的制导律可以大幅度减小由于气动模型误差而引起的落点偏差。     

飞行器轨迹优化应用遗传算法的参数化与约束处理方法研究

飞行器再入轨迹优化是一类最优控制问题。传统的优化方法存在初始值敏感问题。遗传算法具有较强的鲁棒性，对初值不敏感。但遗传算法是静态优化算法，不能直接用于动态系统的最优控制问题。为了设计染色体，需要将最优控制问题通过参数化方法转化为静态优化问题。为了设计合适的适应度函数，约束处理是飞行器轨迹进行遗传搜索时必需解决的问题。以可重复使用运载器再入轨迹优化为例，研究了各种参数化方法和罚函数方法的应用，探讨了飞行器轨迹优化中的染色体和适应度函数设计。仿真结果表明直接离散方法和动态罚函数法有较好的性能。     

一种新型升力体再入智能BTT控制方法研究

针对再入机动升力采用BTT控制方法可以提高升力体的机动能力,提出了一种新型的升力体再入体智能BTT控制方法.首先采用基于拟人智能控制方法设计出控制系统的控制律,然后在此基础上,研究基于神经网络的滑膜控制方法设计鲁棒补偿器以增强控制系统的鲁棒性.通过仿真分析,验证了该方法的有效性.