再入高超声速滑翔飞行器轨迹快速优化

介绍了基于熵的改进粒子群算法在再入高超声速滑翔飞行器轨迹快速优化问题中的应用。首先给出再入轨迹优化问题模型,选取三自由度的再入运动模型,性能指标为航程最远,约束条件包括过载、动压、热流密度、攻角等过程约束以及速度、高度等终端约束,控制变量为攻角。其次,设计了用于求解再入轨迹优化问题的改进粒子群算法,引入编码熵和系统熵的概念,在种群产生和进化的过程中,通过不断调整编码熵和系统熵的关系,防止种群陷入局部最优解。最后通过仿真对算法进行了验证。仿真结果表明算法对初值不敏感,并且能很好的满足攻防两端在轨迹优化时对算法时效性的要求。     

再入快速抵达轨迹优化设计方法

针对再入初始速度大、飞行时间约束苛刻的轨迹设计问题,提出一种基于遗传算法和攻角+倾侧角联合优化的再入快速抵达轨迹优化设计方法。该方法在再入初段利用较大攻角迅速减小弹道倾角和拉平弹道,在再入后段/滑翔段联合设计和优化攻角+倾侧角变化规律以显著降低终端飞行速度,同时满足终端高度、终端航向角、最大动压、最大热流等约束条件。该方法能够提升传统升力体飞行器再入快速到达能力并拓展其应用范围。仿真结果表明,在典型飞行器参数和较大初始再入速度条件下,全程飞行时间小于12 min,终端速度能够小于7Ma,横向机动距离超过800 km。     

考虑禁飞区的高超声速飞行器再入跟踪控制

为确立高超声速飞行器再入精确模型,参考NASA的研究数据对动力学方程中的气动参数进行拟合。基于飞行器结构的相关性质及战略应用背景,加入热流密度、动压、过载和禁飞区等参考约束的限制,融合成强非线性、复杂耦合的最优控制问题。采用改进自适应伪谱法求解模型所构建的微分方程组,通过设置自适应网格细化与配点,使单位时间内状态变量和控制变量波动过大的时间区间被进一步细划,并利用SNOPT求解器解算出符合条件的最优轨迹。设计闭环控制器,实现对最优轨迹的姿态变化的跟踪,测试系统的性能并进行评估。仿真结果表明:整个再入过程中,飞行器速度下降过程偏于平稳,再入轨迹可以满足约束条件,在避开禁飞区的同时取得最大横向航程;三通道角速度收敛可控,对姿态的跟踪较理想,控制器基本可以实现精确调姿。     

助推—滑翔式导弹中段弹道方案的初步分析

建立了助推—滑翔式弹道中段的无量纲运动方程。采用非线性规划方法实现弹道优化。首先求解不同初始速度、速度倾角和最大升阻比的最大射程弹道,然后考虑驻点热流、过载约束,求解总气动加热最小和射程最大的最优弹道。基于前者的计算结果分析了初始条件对最大射程弹道的影响。将考虑约束的再入滑翔弹道与弹道式再入的特征参数比较,表明再入滑翔弹道的峰值热流较小,而总气动加热增加,但再入滑翔飞行时间在一般锥形体再入机动飞行器的热防护系统可承受的时间范围内。     

能量状态法的无人机节油轨迹优化

应用能量状态法研究了高空长航时无人机节油飞行的最优轨迹问题.构建了基于能量状态法的质点运动模型,简化了传统运动模型的维数,并利用变分法提出了基于能量控制的性能指标,推导出飞机纵向飞行过程(爬升、巡航和下降)的优化方程,得到整个飞行过程的全局最优解,给出了一种适用的算法,利用Matlab对该算法进行了计算仿真.仿真结果表明,优化的节油轨迹算法效率较高,可节省飞机燃油、缩短航行时间.     

基于模型预测控制的无人机避障路径规划方法

针对无人机飞行过程中避障问题,提出了一种基于模型预测控制的无人机避障路径规划方法。通过对无人机平台模型进行分析,构造了无人机状态空间预测模型。为保证路径规划过程输出的平稳性,采用一阶指数变化形式作为无人机飞行路径的参考轨迹。设计了预测模型调整策略,并给出了参数调整流程,以能力-时间组合最优为目标,建立了无人机避障路径优化模型,采用有限时域优化的滚动优化算法对无人机避障优化模型进行了求解。算例仿真结果表明,该算法可有效解决无人机飞行路径的避障问题。     

基于微分平坦的高超声速滑翔飞行器轨迹规划

针对高超声速滑翔飞行器再入轨迹规划问题,提出了一种基于微分平坦理论的三自由度轨迹生成方法。在分析纵向运动简化模型的微分平坦属性基础上,将纵向参考轨迹规划问题映射到平坦输出空间,消除微分动力学约束的同时降低系统设计的维数,进而提高求解效率;采用全局插值多项式参数化平坦输出函数,将问题转换为非线性规划问题求解;设计比例-微分反馈控制律跟踪纵向参考轨迹,同时采用航向角误差走廊控制侧向运动,实现三自由度轨迹生成。仿真分析表明所提出的方法能够较快生成满足多种约束且性能优化的飞行轨迹。     

基于Dijkstra算法的水平航迹规划

战术飞行任务的航迹规划是依靠地形信息和敌情信息,在某些约束条件下,找出作战飞机从起飞点到目标突防生存概率最大、航程最短的飞行轨迹的过程。采用简易方法建立了威胁模型,用Dijkstra算法实现了作战飞机整体最优水平航迹解算,并给出了具体算例,验证了算法的有效性和实用性。     

基于广义标准轨迹的平衡滑翔状态反馈制导方法

对多约束条件下远程助推滑翔飞行器再人滑翔飞行问题,提出了一种基于广义标准轨迹的平衡滑翔状态反馈制导方法.建立了远程助推滑翔飞行器的动力学模型,确定了飞行轨迹约束条件,详细阐述了基于广义标准轨迹的平衡滑翔状态反馈制导方法的制导原理,设计了远程助推滑翔飞行器的侧向和纵向制导律,并采用LQR( linear quadratic regular)方法设计了纵向制导参数,仿真验证了该方法的可行性.与以往再人滑翔制导方法不同,该制导方法主要利用飞行攻角的变化来调节飞行轨迹,飞行过程中飞行器的速度倾侧角较小.仿真结果表明,该制导方法能满足远程助推滑翔飞行器的再入滑翔制导问题,并且具有较好的鲁棒性和自适应性.     

UCAV自主空战战术机动动作建模与轨迹生成

针对战术机动动作建模与轨迹生成问题,构建了实现UCAV空战机动动作的模型结构;综合考虑飞行包线、状态参量等实际约束条件,建立了精细的UCAV质点运动动力学模型;以控制量变化率为优化对象,对机动轨迹最优控制问题进行了建模;运用基于自适应策略的遗传改进算法对最优控制问题进行快速求解,得到了优化的控制量变化率,并根据运动动力学模型求解得到机动轨迹及具体飞行参数。最后以斤斗机动动作为例进行了仿真验证,结果表明:建立的模型可以准确而完备地表征多约束条件下的机动动作特征,改进的最优控制问题求解策略能够快速计算得到优化的控制量变化率,生成的轨迹符合机动动作的几何形态与状态特性。     

载人登月自由返回轨道与Hybrid轨道设计方法

对自由返回轨道与Hybrid轨道的设计方法进行了研究。应用分段受摄的高精度动力学模型,设计了搜索变量、约束条件与微分修正搜索算法,搜索得到了自由返回轨道标称轨道,并使用STK软件对其进行了验证与三维仿真,最后对误差传递情况进行了分析。Hybrid轨道由自由返回与非自由返回轨道组合而成,文中给出了一条典型的Hybrid轨道设计过程,并对其优缺点进行了简要分析。文章所述方法与结论可应用于载人登月任务轨道设计,也可应用于嫦娥后期工程和搭载发射的微型月球探测器的轨道设计。     

反辐射无人攻击机过载参数分析

基于反辐射无人攻击机导引头控制原理,在建立反辐射无人机末制导系统数学模型的基础上,根据反辐射无人机的作战环境和特点,分析了反辐射无人攻击机攻击弹道预定过载参数的影响,并依据反辐射无人攻击机的弹道运动方程进行了仿真运算,选取了最佳的攻击弹道.     

面对称旋转导弹刚体弹道模型

为了计算面对称旋转导弹的刚体弹道,根据面对称旋转导弹的特点,建立了其刚体弹道模型,定义了模型中的坐标系并给出了各个坐标系之间的转换关系,在此基础上得出了角度的计算公式,分析了风对旋转导弹运动的影响,在弹体坐标系下计算了气动力和气动力矩,解决了面对称旋转导弹弹道精确计算问题。     

临近空间高超声速目标拦截弹弹道规划

利用弹道规划设计了针对临近空间高超声速飞行器的拦截弹道。分析了临近空间高超声速目标拦截问题,将其定性为临近空间的远程高超声速拦截,并提出弹道规划需求;设计了一种两级助推的拦截弹,建立了考虑地球曲率和自转的拦截弹质点平面运动模型;根据弹道规划需求设计弹道约束,以末速最大、与终点距离误差最小和全程热量最小为指标建立拦截弹弹道规划问题;采用粒子群算法求解弹道,结果表明:符合约束的规划弹道是高抛再入形式,与比例导引弹道和准最佳弹道相比,拦截弹大部分时间飞行在大气层外,有效降低了气动热效应影响和对弹体材料的性能需求,且为末制导段提供良好的初始工作环境。     

反解法在再入机动弹道设计中的应用研究

简要分析了一般的再入机动弹道设计方法,即正解法.针对正解法对模型依赖性强和对初值非常敏感的问题,提出了一种基于误差补偿的机动弹道设计方法——反解法.该方法从弹道终端出发反解弹道,将计算结果误差转化为机动点参数误差,再通过关机点或中制导的调整进行误差补偿,从而有利于命中精度和打击效果的实现.仿真结果表明,该方法计算简便,对工程应用有一定的参考价值.     

火炮身管寿命分析与计算

分析了射击时弹丸挤进过程 ,建立了弹丸初速下降量与炮膛内膛磨损量计算模型 ,并以某火炮为实例计算了该炮弹丸初速下降量与炮膛内膛磨损量之间变化关系 ,分析了弹道峰现象 ,为身管寿命预测提供理论依据     

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。     

战术导弹攻防对抗模拟

利用最小能量原理,构造一种简易战术弹道导弹(TBM)弹道用于攻防对抗仿真;依据美国"爱国者"反导导弹PAC-3基本拦截原理,构造了一种逆轨拦截反导弹道模型;利用上述攻防仿真平台,计算分析拦截弹最佳拦截制导方式(中、末制导交班点的确定),分析拦截弹过载变化情况.     

隐身飞机突防建模及低可探测性轨迹规划

针对隐身飞机突防飞行规划,分析了隐身飞机对警戒雷达网突防过程问题特性,建立了雷达探测模型与组网警戒雷达信息融合模型;综合考虑隐身飞机的隐身能力、预警时间和燃料消耗将隐身飞机低可探测性轨迹规划问题形式化为一个复杂多目标非线性连续时间最优控制问题;并提出基于伪谱法的低可探测性轨迹规划方法。仿真实验实现了在组网警戒雷达下隐身飞机的低可探测性突防轨迹规划,证明了方法的可用性和有效性。     

空投水雷入水及水下弹道的设计与仿真

水雷空投可以增加布雷的隐蔽性和突发性.针对空投水雷入水及水下弹道进行了研究.在建立了六自由度的水雷水下弹道数学模型和水雷入水击水力计算的数学模型基础上,通过实例对水雷的水下弹道在Matlab/Simulink环境下进行了仿真计算,最后给出相应的仿真结果和分析.仿真结果显示水雷弹道稳定,证明了基于Matlab/Simulink的空投水雷水下弹道仿真方法是有效可行的.