临近空间大气环境建模及其对飞行器影响

临近空间飞行器在大气层飞行的过程中，其飞行状态和工作性能会受到大气环境的影响。首先对临近空间大气的宏观变化和扰动类型进行了简要介绍，建立了基于国军标的中国地区平稳风模型和基于概率的最恶劣阵风模型，并研究了风场变化特性和阵风幅值变化规律，最后仿真分析了大气风场对飞行器弹道的影响。仿真结果表明：大气风场对飞行器的落点散布有显著影响，并且其影响结果与当地平稳风的长周期变化有关。     

各种海情下低空飞行导弹的分析

对影响掠海飞行导弹性能和操纵能力的非定常气动力效应进行了初步研究,旨在确定能使非定常气动力对导弹飞行产生不利影响的各种飞行条件（海情,导弹速度及大气现象）。作用在导弹上的非定常气动力是由阵风引起的,而阵风又是由于海浪的周期性和恶劣的大气现象（例如,飑风）造成的。文章将讨论（以跨音速小扰动和单位阶跃理论为基础的、用于简化导弹的）非定常气动力预测方法与可用于模拟高度控制的自动驾驶仪的仿真方法相结合的可能性。为了确定非定常气动力对导弹飞行的影响,对各种海情进行了仿真研究。研究表明,导弹在恶劣海情或飑风情况下,会出现控制问题。     

无人机风梯度滑翔过程中能量变化

风梯度滑翔是一种能够使飞行器从飞行环境中获取能量的飞行方式。在已建立的飞行器动力学模型的基础上,分析了无人机在已知的梯度风场中一个滑翔周期内的能量变化过程。采取分段解析的方法,将一个风梯度滑翔周期分为4个阶段进行分析,即逆风爬升、高空转弯、顺风下滑和低空转弯,其中高空转弯为整个滑翔周期内的关键阶段。采用三维空间路径结合二维平面投影的计算方法,详细分析了无人机在高空转弯过程中的运动方程和能量转化方程,同时分析了影响飞行器从梯度风场中获取能量以及梯度风场中由于空气阻力导致飞行器能量损失的相关参数,为无人机最大程度地从梯度风场中获取能量,同时减少自身能源损耗提供了理论指导,并且根据理论建模进行了仿真分析,得出了逆风爬升和高空转弯的初期是获取能量主要阶段的结论,对指导无动力滑翔有很大的意义。     

风场的科学计算可视化在导弹射击中的应用

在导弹射击时,消除风会对导弹飞行造成不利的影响,因此基于可视化分析的研究模型、流程等,利用科学计算方法直观分析优点对风的大小和方向进行分析,并采用开放图形接口对实验风场数据进行了三维图形绘制以提高导弹打击目标的精度,对实际中导弹的风场阻力研究有一定的指导意义.     

切变风与摆动对系留艇锚泊气动特性影响研究

根据系留艇锚泊状态复杂地形环境特征,对系留艇进行了气动特性仿真和分析,首次将切变风和自身摆动影响纳入到气动仿真当中,结果表明:地形环境的影响尤其是地面效应会使飞艇周围流场发生显著改变,从而改变飞艇气动力和力矩;飞艇自身的摆动会使艇身气动力大小和方向产生周期性的变化,其变化率与飞艇摆动频率密切相关;短时间剧烈变化的切变风对飞艇来说会产生"滞后性"和"弹簧效应",使得艇身气动载荷增大的同时艇身气动力的极性也会发生改变,这对于飞艇飞行安全来说结果是致命的。     

基于最大熵谱估计验证战术导弹的气动模型

现代谱估计方法是验证系统仿真模型的有效方法。战术导弹飞行试验的遥、外测数据记录了大量的过程参数,可以利用这些参数进行气动力和气动力矩的计算,与飞行试验过程参数进行分析比较。应用最大熵谱估计检验导弹的气动力和气动力矩模型的可信性,可以给出定量的结果。文章给出的方法可以作为战术导弹气动参数模型研究的一种辅助手段。     

自然风对旋转弹丸外弹道性能影响的仿真研究

为研究自然风对旋转弹丸外弹道性能的影响,基于坐标变换理论考虑了地球曲率变化对刚体弹道模型的作用,分析了自然风对各气动力和气动力矩的影响,建立了非标准条件下的刚体外弹道模型。应用该模型对某105mm榴弹不同风速、风向下的外弹道过程进行仿真,结果表明,自然风对飞行弹丸的攻角姿态有较大影响,进而影响弹丸的射程和方向偏移量;自然风对弹丸攻角姿态的影响在弹丸飞行的初始阶段风速大小起主要作用,而在弹丸飞行的中间阶段则是风矢方向起主要作用。     

用于战术导弹气动参数辨识的输入设计研究

为了研究h=8 km,Ma=2条件附近导弹飞行试验中输入设计对气动参数辨识精度的影响,验证气动力模型的有效性,以方波信号为基础设计了3种开环舵偏指令。通过开环飞行弹道仿真试验,采用递推最小二乘法,对多项式非线性气动力模型中的气动参数进行了辨识。气动参数辨识结果表明,单级方波,偶极方波,"211"多级方波3种输入用于气动参数辨识是可行的,辨识精度是可接受的,辨识所用的纵向三自由度气动力模型是有效的。     

准零风层新型临近空间浮空器区域驻留性能

以基于平流层底部的准零风层风场进行区域驻留的新型临近空间浮空器为研究对象，介绍了其工作原理和系统组成。通过建立动力学模型、高度调控模型和能源模型，分析浮空器在基于飞行速度约束和基于南北范围约束两种工作模式下的区域驻留能力，并讨论浮空器在这两种工作模式下的动态能源特性。对长沙地区风场环境的研究结果表明，相对于无控自由飞行状态，浮空器在两种工作模式下均可实现100 km直径范围的长时驻留，基于飞行速度约束工作模式对能量的消耗更低。     

空气动力和直接侧向力复合控制的拦截弹飞行力学及稳定回路模型

以大气层低层拦截导弹为研究对象,建立了飞行力学模型,进行了空气动力与力矩燃气动力的复合控制回路分析设计,进行了实例计算与仿真。     

平流层飞艇气动特性相似缩比分析与风洞试验

阐述了平流层飞艇气动特性天地相似缩比分析设计方法,给出了刚体模型与柔性体模型完成风洞试验需满足的相似准则数,并指导完成两类缩比模型研制及风洞试验。通过对两类缩比模型风洞试验数据的分析,发现平流层飞艇不同充气内压下气动特性规律基本一致,但较刚体模型有明显的差异;柔性特征下的气动阻力系数明显高于刚体,在零攻角状态下甚至高出一倍,引发滚转气动力矩特性出现稳定与发散的本质变化。这对平流层飞艇特别是低压保形下的柔性气动特性评估,克服现有采用刚体气动特性数据或工程估算方法进行“动阻平衡”飞艇总体设计存在较大偏差的弊端,具有重要工程应用价值。     

动力车纵向气动力风洞试验及数值模拟

采用风洞试验(在地板抽吸和不抽吸情况下)和数值模拟计算对200km/h动力集中型电动旅客列车组动力车纵向气动力进行了研究,得到了动力车作为头、尾车的纵向气动力系数。结果表明,地板抽吸后,头、尾车空气阻力均有明显增加,头车负升力增加,尾车正升力减少;动力车头、尾两车联挂时底部空气阻力占总的空气阻力的25.9%,列车减阻的重点在车体底部空气阻力。     

基于模型参考的SINS/GPS制导炸弹俯仰偏航控制

由于SINS/GPS制导炸弹俯仰偏航要进行大空域的机动飞行,导致了其作为被控对象的状态方程参数变化剧烈,就要求飞控系统具有更强的适应能力和鲁棒性.因此.设计了基于模型参考变结构控制方法的鲁棒自动驾驶仪,具有良好的瞬态性能和抗参数大范围变化能力强等优点.以某型SlNS/GPS制导炸弹为例.选取典型的气动恶劣条件,进行了按给定制导指令飞行的六自由度全弹道飞行控制仿真,仿真结果表明,该自动驾驶仪能对制导炸弹实现鲁棒自适应控制,为飞控系统设计提供了重要参考.     

用建模前估计法辨识飞行器的气动参数

给出了一种利用飞行器飞行试验实测数据估算飞行器气动参数的建模前估计算法，完成了某轴对称无控飞行器的非线性气动参数辨识。计算结果表明：该方法计算过程简单、迅速，可以作为快速估算飞行器气动参数的有力手段，尤其适合于辨识大攻角下的气动参数。     

基于OpenFOAM的某型炮弹初始段气动仿真研究

为研究某型炮弹初始段的气动特性并获得相关气动参数,运用结构化网格划分方法建立该型炮弹初始段仿真模型;依托OpenFOAM软件平台,应用可压缩流动求解器对初始段气动特性进行仿真,并提取可用于外弹道设计中的相关气动参数;将仿真结果与风洞试验值进行对比,发现可压缩流动求解器的仿真结果具有很高的精度,完全满足该型炮弹高精度射表的编制要求．     

探空火箭风场补偿及等效弹道风转化

介绍一种以计算机变步长迭代搜索替代以往的查表算法来获得风场中火箭补偿参数的方法 ,避免了采用近似理论造成的误差 ,以及复杂的造表过程 ,提高实际工程中的处理速度与自动化程度 ,而且精度比原风权法要高。此外 ,本文还提出一种新的弹道风生成方法。在等效程度上 ,比风权法要高     

基于直\气复合的再入飞行器操纵耦合分析及鲁椿控制设计

为保证再入飞行器在剧烈变化飞行环境下的控制能力,传统单一气动舵面控制被直＼气复合控制模式取代.性能提升同时,多个参与飞行控制的执行机构之间引起的操纵耦合使系统耦合加剧.以再入飞行器为研究重点,分析了直＼气复合控制模式下的两类操纵耦合原理,建立数学模型.采用动态逆,模糊理论和变结构方法相结合策略设计鲁棒控制器.仿真结果表明该方法是行之有效的.     

导弹自动驾驶仪控制算法鲁棒性研究

以某型轴对称导弹为研究对象,在解耦和线性化的情况下,得到简化的数学模型。通过求解线性矩阵不等式(LMI)设计了状态反馈H∞控制导弹自动驾驶仪,采用模糊和变论域理论设计了变论域模糊PID控制自动驾驶仪。考虑飞行过程中的干扰、气动参数摄动,对两种自动驾驶仪的控制性能进行对比研究,仿真结果表明,二者皆能实现对导弹制导指令的有效跟踪,其中状态反馈H∞控制设计的自动驾驶仪在指令跟踪的快速性、准确性和抗干扰性上具有明显的优越性。     

WRF模拟太原地区气象场特征及对弹丸的影响

在用WRF模拟太原地区2014年3月19号天气状况的基础上,得出该地区气象场特征,检验WRF模式在复杂地形下的模拟预报能力,并讨论了模拟的气象场对弹丸飞行造成的可能影响。结果表明:WRF模拟的气象场与真实大气比较接近;在该气象场背景下,射程为90 km的某弹丸由纵风引起射程误差较大,约为1 293.85 m,由横风在落点产生的横向偏差为304.85 m,由温度引起的射程偏差很小约为12.93 m。可见,实际大气对弹丸射击精度的影响是可观的,用WRF模拟的流场计算气象因素对弹丸射击精度的影响是有意义的。