基于粒子群优化算法的平流层飞艇总体设计

平流层飞艇总重最小化能一定程度上反映总费用最低的设计目标,满足有效载荷功率需求是飞艇总体设计的出发点和落脚点。本文在飞艇参数建模中引入了太阳电池曲面铺装模型以及昼夜能源闭环模型;以整艇重量最小为设计目标,以昼夜能源供需平衡、浮重平衡、推阻平衡三大平衡问题为约束条件,运用粒子群优化（PSO）算法对飞艇的外形尺寸参数进行优化设计;分析了有效载荷功率需求和功率密度对于飞艇总体设计结果的敏感性。分析结果表明：（1）飞艇总重随有效载荷功率线性增加;（2）飞艇总重随有效载荷功率密度增加而迅速减小,但变化率逐渐变小,飞艇总重趋于稳定。最后,能源系统仿真的结果表明了飞艇总体设计方法的有效性和设计结果的临界特性。     

风场中平流层飞艇轨迹跟踪的滑模控制方法

为实现平流层飞艇驻空阶段可控飞行,研究环境风场中横侧向轨迹跟踪的滑模控制方法。建立平流层飞艇驻空阶段动力学模型,将动力学方程解耦为纵向运动方程和横侧向运动方程,采用小扰动方法对动力学方程进行线性化;利用滑模控制对外部干扰强鲁棒的特性,设计横侧向轨迹跟踪的滑模控制器;以直线与圆组成的复合轨迹跟踪控制为例,对提出的轨迹控制方法进行仿真验证。仿真结果表明,所提基于滑模的轨迹跟踪控制方法鲁棒性好,在一定范围的风场扰动条件下,可以实现对指令轨迹的有效跟踪控制,响应特性好。     

运用粒子群优化算法的平流层飞艇总体设计

平流层飞艇总重最小化能一定程度上反映总费用最低的设计目标,满足有效载荷功率需求是飞艇总体设计的出发点和落脚点。在飞艇参数建模中引入太阳电池曲面铺装模型以及昼夜能源闭环模型;以整艇重量最小为设计目标,以昼夜能源供需平衡、浮重平衡、推阻平衡三大平衡问题为约束条件,运用粒子群优化算法对飞艇的外形尺寸参数进行优化设计;分析了有效载荷功率需求和功率密度对于飞艇总体设计结果的敏感性。分析结果表明:飞艇总重随有效载荷功率线性增加;飞艇总重随有效载荷功率密度增加而迅速减小,但变化率逐渐变小,飞艇总重趋于稳定。能源系统仿真的结果表明了飞艇总体设计方法的有效性和设计结果的临界特性。     

控制分配在平流层飞艇姿态控制中的应用

针对平流层飞艇一般采用多控制机构的特点,将广义逆控制分配方法应用到飞艇姿态控制系统中,并根据飞艇控制机构特性采用了加权伪逆控制分配算法。飞艇姿态控制仿真结果表明:设计的控制分配方法可以有效实现多控制机构的协调操纵,对姿态角控制效果良好,避免了单一操纵舵面过早进入饱和状态的情况;合理调整控制分配权值可减少能量损耗,增强实时性,便于工程实现。     

基于路径跟踪的平流层飞艇柔性编队控制

建立平流层飞艇驻空阶段动力学模型,在定高飞行前提下,采用小扰动方法对动力学方程进行线性化处理。提出采用路径跟踪的平流层飞艇柔性领航-跟随编队控制方法,领航者和跟随者通过速度控制与航向控制,分别跟踪保持特定距离的参考路径,实现编队的柔性控制。以采用直线路径跟踪和采用圆路径跟踪的三平流层飞艇编队控制为例,对提出的柔性编队控制方法进行仿真验证。仿真结果表明:提出的路径跟踪方法控制精度高,提出的柔性编队控制方法可以实现编队稳定运行,避免编队成员碰撞现象的发生。     

一种打击平流层飞艇的方法研究

平流层飞艇可作为临近空间攻防双方重要的武器平台,研究如何对其实施打击具有重要理论及现实意义。现有研究证明由于囊体内外压差极小,通过打击飞艇囊体使其升力气体泄漏从而达到打击目的的方法时效性太差,因此在建立平流层飞艇接收太阳能模型及毁伤薄膜电池模型基础上,分析了太阳能薄膜电池毁伤面积变化与飞艇作战能力之间的关系,并采用蒙特卡洛方法研究了导弹突防阶段雷达探测概率、导弹拦截概率和击中目标时导弹毁伤半径对薄膜电池相对毁伤面积的影响。仿真结果表明,将防御方雷达探测概率和导弹拦截概率控制在0.5并将导弹有效毁伤半径提高到50.0m能较好达成打击平流层飞艇的目的,3枚导弹就可使700m长飞艇在较短时间内丧失作战能力,通过毁伤飞艇太阳能电池来达到打击平流层飞艇目的的方法可行。     

控制分配在平流层飞艇姿态控制中的应用*(专题约稿)

针对平流层飞艇一般采用多控制机构的特点,提出了将广义逆控制分配方法应用到飞艇姿态控制系统中,并根据飞艇控制机构特性采用了加权伪逆控制分配算法。飞艇姿态控制仿真结果表明：设计的控制分配方法可以有效实现多控制机构的协调操纵,姿态角控制效果良好,避免了单一操纵舵面过早进入饱和状态的情况;合理调整控制分配权值可减少能量损耗,实时性较好,便于工程实现。     

结合平流层飞艇姿态的太阳辐射强度分布

平流层飞艇上表面太阳辐射强度的分布是影响光伏阵列输出性能的重要因素。为分析平流层飞艇飞行姿态对其上表面太阳辐射强度分布特征的影响,并建立飞艇动力学模型与太阳辐射物理模型交互耦合的计算模型。使用该模型对算例飞艇进行计算分析,量化得出飞艇偏航角和俯仰角耦合变化对飞艇表面太阳辐射强度分布影响的结果,并比较分析了太阳辐射强度受飞艇飞行姿态影响的特性。研究结果可用于指导太阳能电池阵在平流层飞艇上的优化布局和阵列构型。     

平流层飞艇空间控制作战样式分析*

临近空间是未来作战的制高点之一,在分析了临近空间作战特点的基础上,建立了平流层飞艇编队作战模型,通过研究飞艇的信息对抗能力、防御能力及武器性能,表明激光武器比导弹更适合于平流层飞艇的临近空间作战,干扰通信系统比干扰侦察系统对作战结果的影响更大,采取一定的防御措施也不能对平流层飞艇的损失率产生较大影响.     

平流层飞艇载GPS干扰器的能力及部署分析

为了应对美军“空海一体战”和GPS精确制导武器的发展,增强“反介入”作战能力,提出了以平流层飞艇为干扰器载体,对GPS接收机进行干扰的作战样式.根据巡航导弹的杀伤力定量测度,提出了干扰距离的需求;推导了干扰器高度、发射功率与有效干扰距离关系的数学模型,仿真分析了干扰器的能力.将平流层飞艇干扰器部署问题转化为不规则区域的填充问题,并通过实例部署,验证了方法的可行性.