动态滑翔运动建模、机理分析与航迹优化

信天翁凭借动态滑翔的飞行技巧从梯度风中获取能量,从而在几乎不拍翅膀的情况下进行长时间、长距离飞行,这种技巧应用于小型无人机上可拓展其完成任务的能力。基于飞行器动力学对梯度风场中的无人机运动方程进行推导和简化处理;利用简化的运动方程,分别从非惯性参考系中的动能定理和机械能变化的角度,对动态滑翔获取能量的机理进行分析;利用微分平坦法,以最小平均控制输入变化率为目标函数,对徘徊模式和平移模式的动态滑翔航迹进行优化计算。分析结果表明:逆风爬升、顺风下滑是动态滑翔基本获能方式。优化结果表明:控制输入变得更加平滑,甚至出现阶段性的常值,使得控制更加简化;徘徊模式下,当风梯度作为决策变量时,优化过程可在[0,0.5 s-1]的区间上找到使得目标函数值最小的风梯度;平移模式下,目标函数值在该区间上单调递减。     

动态滑翔动力学建模与风梯度能量获取*(专题约稿)

信天翁等鸟类能够不拍打翅膀而持续飞行很长的时间和距离,因为梯度风场的存在使得它们能从中获取能量,这项技术被称之为动态滑翔。临近空间也广泛存在梯度风场,如果临近空间长航时飞行器能够利用动态滑翔技术将是十分有前途的。本文首先对无动力飞机的动态滑翔问题做了假设来简化问题的描述,更便于数学操作。在这些假设下建立了无动力飞机动态滑翔的动力学模型,即三维速度空间中只有一个输入变量的常微分方程组。之后,从理论上得到了这个三维速度空间中机械能可以增加的最大范围,即能增纺锤体内部,并推导出最大的机械能增加率。最后,得出更大的风梯度、更小的阻力系数和更小的面质比更加有利于飞机获取能量的结论,该结论加深了对动态滑翔能量观点的认识,对实践有指导意义。     

高超声速滑翔导弹气动参数自适应跟踪建模

针对高超声速滑翔导弹跟踪中状态模型构建问题，研究基于制导变量变化规律的气动参数建模方法。对气动参数进行分析，指出传统建模方法的缺点。在假设制导变量服从一阶时滞过程的前提下，利用线性化的气动系数推导气动参数模型，通过分析不同飞行状态下的模型变式，证明模型对目标机动具有自适应性。对模型中未知参数的取值问题进行讨论，实现模型与飞行状态的自适应匹配。仿真结果表明：当目标发生机动时，所提模型性能明显优于传统模型。同时，在不同滤波器参数条件下的仿真结果进一步证实了模型的有效性。     

无动力运载器出水过程误差分析

无动力运载器在出水过程中受海浪的扰动作用,运动参数会产生一定的偏差。针对海浪随机性的特点,应用波能谱理论,在P-M谱基础上构建了随机海浪模型,并使用四元数法建立运载器水弹道数学模型,解决了运载器垂直出水姿态角存在的奇异性问题,通过采用二元切片法给出波浪力的计算公式。最终在Matlab/Simulink仿真工具箱下建立了运载器仿真模型,就不同海况与主浪向角影响下运载器出水的运动参数偏差进行了仿真计算,分析了其变化规律。仿真结果表明,运载器在4级海况以下各项运动参数都满足出水要求,对运载器的设计与使用具有一定的参考意义。     

基于均匀设计的临近空间无动力攻击器运动参数响应面建模

为探求临近空间无动力攻击器运动参数的解析模型，采用均匀设计试验方法，以攻击器发射参数为设计变量，从设计空间中选择一些特定的设计点，构造了临近空间攻击器速度、射程以及飞行时间的响应面模型。通过仿真算例，对各响应面模型分别进行显著性检验，证明了所建立的响应面都具有较高的近似精度。     

飞行器动态滑翔的受力平衡状态

为了研究动态滑翔的物理本质,从受力平衡的角度出发,根据物理定律推导平衡方程,从数学上求解出方程解集构成的平衡曲线。以信天翁和某小型无人机在不同风梯度下滑翔为例对平衡曲线进行仿真。分析和仿真结果表明:平衡曲线是满足受力平衡的所有速度状态的集合,由上升和下降两个分支构成;上升分支只有当风梯度足够大时才存在,是动态滑翔的关键。     

动态滑翔动力学建模与风梯度能量获取

为简化问题描述和便于数学操作,对无动力飞机的动态滑翔问题做了假设,并在这些假设下建立了无动力飞机动态滑翔的动力学模型,即三维速度空间中只有一个输入变量的常微分方程组。之后,从理论上得到了这个三维速度空间中机械能可以增加的最大范围,即能增纺锤体内部,并推导出最大的机械能增加率。得出更大的风梯度、更小的阻力系数和更小的面质比更加有利于飞机获取能量的结论,该结论加深了对动态滑翔能量观点的认识,对实践有指导意义。     

大深度无动力运载器弹道散布影响因素分析

潜射导弹无动力运载器弹道散布特性是导弹后续弹道和运载器分离体水下散布的重要影响因素,决定其散布的主要因素有初始弹道参数和海洋环境扰动等.建立了运载器空间运动数学模型,利用数理统计中的正交试验法安排实验,对不同工况下运载器上浮弹道进行仿真,通过极差分析确定影响因素的主次关系,利用方差分析法和F检验确定影响因素的显著性.仿真结果表明:横向海流对弹道散布半径影响显著,绕x和y轴的初始角速度及横向海流对位移影响不显著.研究结果可以为弹道规划和运载器加工制造提供一定参考.     

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。