飞行器的系统工程和设计

谢维耶洛夫所著的《飞行器的系统工程和设计》,“”,1978,,是苏联第一本论述无人驾驶飞行器系统工程的著作,它比较全面地论述了使用电子计算机进行导弹和导弹系统(包括航天飞行器及其系统)的最优设计问题。作者论述了技术系统理论和建立重量模型、经济模型、弹道模型以及控制参数的选择等问题,我国目前正在推广系统工程方法,这本著作对于从事导弹、航天飞行器等系统的技术人员很有参考价值。全书共分十一章,由于篇幅所限本刊将选择其中六章的重点节(保持原序号)分四期载完。这六章是: 第一章 技术系统的基本概念和研究方法 第二章 系统研制过程、工作计划拟制和技术要术论证 第三章 技术系统的有效性及其评定准则 第五章 飞行器重量模型和重量参数预示 第六章 经济分析和同型飞行器经济模型 第七章 飞行器设计参数预示     

飞行器乘波前体/Bump型面优化设计方法研究

飞行器前体和Bump型面是乘波体思想在飞行器部件设计中的两大经典案例,可有效提升飞行器总体气动性能,已经成为飞行器总体设计的核心技术。为寻求乘波前体和Bump型面的最优设计以提升飞行器设计效率,提出了一种可应用于乘波前体和Bump型面的优化设计方法。采用密切锥理论和圆锥绕流流场生成初始的乘波前体和Bump型面,并通过面元法快速预估气动性能;结合BP神经网络建立的代理模型和遗传算法NSGA-II对乘波前体和Bump型面快速优化;利用数据挖掘方法分析乘波前体和Bump型面的流动机理。优化后的乘波前体升阻比提升了25.6%,体积提升41.4%。Bump型面阻力系数减少10.9%,横向压力梯度增加12.1%。研究结果表明,提出的优化方法能够有效应用于乘波前体和Bump气动型面的设计优化,对飞行器整体气动性能的优化具有指导意义,在工程应用中具有重大潜力。     

飞行器的系统工程和设计(续完)

7.1 设计参数 确定设计参数的标准模型 前已指出,优选飞行器参数时,得到所谓“设计参数”。这些参数值与起飞质量m_0和有效载荷质量m_(п·н)一起单值决定飞行器的基本重量、推力和几何特性。对于液体火箭发动机和固体火箭发动机飞行器设计参数一     

基于扰动大气模型的乘波构型飞行器再入弹道仿真

作者在半速度坐标系建立临近空间乘波构型再入飞行器质心动力学方程,将地球扰动大气模型应用于飞行器再入弹道分析,讨论了再入点运动参数和飞行器设计参数对标准弹道的影响,完成了不同大气模型对飞行器再入弹道射程、高度、过载、热流特性影响的对比分析。仿真结果表明：大气模型的变化对临近空间乘波构型飞行器再入弹道终点高度、最大过载、最大热流、总吸热量等参数影响明显,飞行器总体、结构、热防护、导航、制导与控制等系统设计必须考虑大气参数变化的影响。     

一种基于混合反射模型的Shape-From-Shading直接算法

提出了一种基于混合反射模型的Shape-From-Shading直接算法.使用接近实际的混合反射模型描述的反射图方程作为求解对象,用有限差分近似微分运算,将反射图方程离散化,得到所求高度函数满足的代数方程,进而用迭代算法计算出表面高度.最后,用以合成图像和实际图像的三维形状恢复实验说明提出算法的有效性.     

仿鸟扑翼飞行器动力学建模

针对仿鸟扑翼飞行控制算法设计和验证需要,建立了仿鸟扑翼飞行器的动力学模型和仿真系统.在建立仿鸟扑翼飞行器柔性翼模型的基础上,基于非定常空气动力学原理,用修正的准定常气动力计算模型估算出了翅膀扑动产生的高升力;估算了平尾产生的控制力矩.在分析惯性力的基础上建立了扑翼飞行器的状态空间方程,进而基于Matlab语言和Simulink环境设计了微型扑翼飞行器仿真系统,并给出了相应的仿真结果.     

基于PDM Enablers的飞行器并行设计文档管理扩展模型研究

并行工程对飞行器设计的重要性不言而喻,产品数据管理(PDM) 是并行工程的支撑技术,文档管理作为PDM系统的基础及核心模块,在飞行器并行设计中起着重要作用.以PDM国际规范"PDM Enablers"为依据,就支持飞行器并行设计的文档管理模型展开研究.在深入研究PDM Enablers的基础上,构建了飞行器并行工程环境体系结构;提出了一种基于PDM Enablers并支持飞行器并行设计的文档管理扩展模型,并着重对其中的文档分类浏览模式、文档状态变迁模型及支持飞行器并行设计的文档信息存储模式进行研究;最后给出了其应用实例,应用表明,所提出的模型可行、有效,能很好地支持飞行器的协同设计.     

仿鸟扑翼飞行器建模分析

针对目前对微小型飞行器的研究需要,分析计算了仿鸟扑翼飞行器翅拍动所产生的气动力和气动力矩,导出了拍翅式微型飞行器机体的运动微分方程和状态空间方程,并计算扑翼在飞行中的位置和姿态角.然后用matlab语言和Simulink环境设计了扑翼飞行器的仿真系统,并给出了相应的仿真结果.     

定性代数方程的简明表达方法-影响方程及其建模

提出了定性代数方程简明表达方法的实现及建模规则.以化工装置中的固定床式烷基转移反应器为例讨论了影响方程建模过程,建立了烷基转移反应器的影响方程,并将影响方程模型直接转化为较为直观的符号有向图(SDG)模型.采用SDG定性推理(即基于网络拓扑的定性仿真方法)识别故障的完备性较高、能够揭示故障演变的路径和历程,在复杂过程系统危险识别和故障诊断领域得到广泛应用.     

基于聚合算法的失效相关多部件系统维修策略优化

针对多部件系统维修策略优化问题,在考虑失效相关和经济相关的基础上,从建模和求解算法两方面展开了研究。建立了多部件系统折扣准则模型,得到了维修费率的最优方程,并转化为线性规划问题。采用聚合算法减小线性规划问题的规模,并利用迭代算法求得其最优解。最后通过数值算例,说明了失效相关程度对折扣总成本以及最优维修策略的影响,探究了模型中成本参数对维修策略的影响。算法对比的实验结果显示,采用聚合迭代算法可以有效提高运算速度,降低内存占用。     

一种质量矩飞行器配置方案及其控制问题分析

针对大气层外三轴稳定质量矩飞行器,考虑降低飞行器的成本和重量,提出了应用两套执行机构的配置方案,并利用旋转电机代替直线电机作为执行机构来实现飞行器的姿态调整。在此基础上,利用动量矩定律,建立了飞行器的非线性动力学模型,并对两种执行机构在无推力情况下的姿态调整能力进行了比较,结果表明,旋转式执行机构提高了质量矩飞行器在无推力作用情况下的姿态调整能力。最后,分析了该质量矩飞行器配置方案所存在的控制问题,为下一步的姿态控制设计奠定了基础。     

高超声速飞行器轨迹跟踪控制仿真研究

针对高超声速飞行器纵向模型的快时变、强耦合和高度非线性的特点,在考虑模型不确定性的情况下,采用李导数的方法对某型高超声速飞行器进行输入输出的精确线性化。基于线性化后的模型,提出一种非线性动态逆控制的方法,并对其稳定性进行分析,实现对该型高超声速飞行器的轨迹跟踪控制。并利用Matlab搭建仿真平台,仿真结果显示仿真平台的正确性和控制算法的有效性。     

前言

前言发汗冷却控制是导弹、空间飞行器及其它受热部件热防护的重要手段。研究发汗控制问题对于揭示该问题的基本性质和对于导弹、空间飞行器、其它受热部件以及民用系统的防热应用设计是重要的应用基础工作。发汗冷却控制问题是在长期热防护实验研究和工程设计的基础上进行...     

参数分段计算的YHSIM编程方法

在飞机、火箭、导弹和卫星等飞行器的模型解算中,常常需要解决参数分段计算的问题,这包括1）参数在不同的阶段采用不同的微分方程进行解算,2）参数在一阶段采用代数方程进行解算而在另一阶段采用微分方程进行解算等等。针对参数分段计算的两种情况论述了在YHSIM环境下参数分段计算的编程方法,并用实例进行了说明。     

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。     

微扑翼飞行器驱动装置设计与翅翼轨迹控制仿真研究

将压电陶瓷驱动器和柔性铰链四杆放大机构融为一体,设计了结构紧凑的微扑翼飞行器驱动装置;采用拉格朗日方程建立了驱动装置动力学模型;提出了模糊自适应迭代学习控制策略,并进行了微扑翼飞行器翅翼轨迹模糊自适应迭代学习控制仿真试验,仿真结果表明：这种控制策略是可行的,翅翼取得了较好的轨迹跟踪效果。     

飞行器电子系统的多故障诊断算法研究

飞行器电子系统的多故障诊断问题可看作对各部件的故障概率求解的组合优化问题,在建立了系统故障诊断的概率因果模型基础上,运用遗传算法对飞行器电子设备各部件进行了故障定位。并针对遗传算法易陷入局优的缺点,提出了改进方法,将能量熵的选择加入到遗传算法的退火选择中,以充分地探索解空间,保持种群的多样性。试验结果表明,改进遗传算法能快速确定全局最优值,较好地解决了故障诊断领域中多故障关联的问题。     

基于HLA的雷达网探测隐身飞行器仿真系统

介绍了雷达网探测隐身飞行器的数学模型，根据这一模型，提出了基于HLA的仿真系统设计框架和实现方案，并说明基于HLA技术实现该系统能满足灵活性、仿真部件的重用性等方面的要求。     

基于SDRE的变体飞行器LPV稳定控制

针对变体飞行器飞行过程中存在的外部扰动和参数不确定性问题，提出一种基于状态相关黎卡提方程(state-dependent Riccati equation, SDRE)的线性变参数(linear parameter varying, LPV)稳定飞行控制方法。首先，基于变体飞行器的气动参数模型和纵向非线性动力学模型，综合考虑外部扰动、系统参数误差以及变形产生的附加干扰，并通过雅克比线性化方法，得到LPV系统模型。其次，针对考虑复合干扰的LPV模型，设计基于SDRE的控制律，并利用θ-D方法进行求解。最后，利用蒙特卡罗方法仿真验证了所提方法能够有效抑制复合干扰，实现飞行器的稳定飞行控制，具有较强的鲁棒性能和抗干扰能力。     

线性多步法求解广义中立型滞时微分代数方程组的渐近稳定性

讨论了广义中立型滞时微分代数方程组理论和数值解的渐近稳定性.得出一个广义中立型滞时微分代数方程组渐近稳定的充分条件.通过对相应特征方程的根的研究,证明了线性多步法渐近稳定的充分条件是:该线性多步法是A-稳定的,并且它的第二特征多项式的根的模不等于1.