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一类受周期扰动航天器的混沌姿态运动

宇航学报 2005年第5期26卷 535-540,546页

作者：雍恩米唐国金国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

研究了航天器从绕最小惯量主轴到最大惯量主轴旋转的姿态机动过程中的混沌现象。考虑到航天器内部或外部的振动部件的影响,假设两个主轴的转动惯量为时间的周期函数,同时还考虑了航天器内结构阻尼以及稀薄气体阻力的影响。应用高维的Mel... 详细信息

研究了航天器从绕最小惯量主轴到最大惯量主轴旋转的姿态机动过程中的混沌现象。考虑到航天器内部或外部的振动部件的影响,假设两个主轴的转动惯量为时间的周期函数,同时还考虑了航天器内结构阻尼以及稀薄气体阻力的影响。应用高维的Melnikov方法,求解姿态机动过程中产生混沌的条件的解析表达式,且得到的阀值条件是扰动系统参数的函数。最后对该阀值条件进行了数值验证。

关键词：姿态机动混沌 Melnikov方法航天器异宿轨

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动量轮控制弹头姿态控制系统设计

系统工程与电子技术 2006年第9期28卷 1384-1387页

作者：雍恩米唐国金国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

提出了一种以动量轮为执行机构的具有中性静稳定气动布局的再入弹头姿态控制新方案。基于动量矩交换原理和中性静稳定概念分析了新方案的可行性,并推导了具有这种新型执行机构的弹头的姿态动力学方程。利用反馈线性化方法,将姿态动力学... 详细信息

提出了一种以动量轮为执行机构的具有中性静稳定气动布局的再入弹头姿态控制新方案。基于动量矩交换原理和中性静稳定概念分析了新方案的可行性,并推导了具有这种新型执行机构的弹头的姿态动力学方程。利用反馈线性化方法,将姿态动力学方程线性化并解耦成俯仰、偏航和滚转三个方向上的单输入单输出系统,然后运用滑模变构控制理论设计各通道的控制器。对姿态控制系统的数值仿真结果表明,所设设计的控制器能实现高精度的姿态机动和姿态稳定,现有动量轮技术指标即可满足滚动通道的姿态稳定。

关键词：再入动量轮反馈线性化变结构控制

基于物理规划的高超声速飞行器滑翔式再入轨迹优化

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航空学报 2008年第5期29卷 1091-1097页

作者：雍恩米陈磊唐国金国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

轨迹优化是新型高超声速滑翔式再入飞行器方案设计的关键技术之一。物理规划方法能够以较低的计算代价获得设计者偏好的多目标优化问题的折中解。基于该方法研究滑翔式再入最优飞行轨迹。首先介绍物理规划方法求解多目标优化问题的数学... 详细信息

轨迹优化是新型高超声速滑翔式再入飞行器方案设计的关键技术之一。物理规划方法能够以较低的计算代价获得设计者偏好的多目标优化问题的折中解。基于该方法研究滑翔式再入最优飞行轨迹。首先介绍物理规划方法求解多目标优化问题的数学模型,然后将考虑射程最大、热载最小、热流密度峰值最小和弹道最稳定4个目标的再入最优轨迹问题纳入物理规划的框架求解。以某带翼锥形再入飞行器为例,通过计算并分析单目标优化结果,确定具体的偏好结构,采用遗传算法求解了考虑热流、过载、动压和终端条件约束的多目标最优轨迹。优化计算结果验证了物理规划方法的有效性。分析了沿最优轨迹飞行的物理原因和基本迎角控制规律,可为滑翔式再入飞行器的最优轨迹方案设计提供依据。

关键词：多目标轨迹优化物理规划遗传算法高超声速飞行器滑翔式再入

基于Gauss伪谱方法的高超声速飞行器再入轨迹快速优化

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宇航学报 2008年第6期29卷 1766-1772页

作者：雍恩米唐国金陈磊国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

基于一种求解最优控制问题的新方法—Gauss伪谱法(Gauss Pseudospectral Method-GPM),研究了高超声速飞行器滑翔式再入的快速轨迹优化问题。针对远程多约束条件下滑翔式再入轨迹优化问题的难点,提出了基于GPM的串行分段优化策略,包括三... 详细信息

基于一种求解最优控制问题的新方法—Gauss伪谱法(Gauss Pseudospectral Method-GPM),研究了高超声速飞行器滑翔式再入的快速轨迹优化问题。针对远程多约束条件下滑翔式再入轨迹优化问题的难点,提出了基于GPM的串行分段优化策略,包括三个方面:(1)构造了设计变量初值生成器,获得近似最优解作为优化初值;(2)提出从可行解到最优解的串行优化策略;(3)引入平衡滑翔条件构造动态分段点,将再入轨迹分为初始下降段和滑翔段分别求解。以某高超声速再入飞行器为对象进行轨迹优化计算,仿真结果验证了本文的轨迹优化方法具有较高的精度和计算效率。

关键词：轨迹优化再入 Gauss伪谱方法

高超声速无动力远程滑翔飞行器多约束条件下的轨迹快速生成

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宇航学报 2008年第1期29卷 46-52页

作者：雍恩米唐国金陈磊国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

研究了一种考虑各种弹道约束的远程滑翔式再入飞行器的三自由度轨迹快速生成方法。将再入轨迹分为初始下降段和占大部分飞行时间的拟平衡滑翔段。考虑地球旋转影响对一般的拟平衡滑翔条件加以改进,利用该条件将各种约束条件转换为控制... 详细信息

研究了一种考虑各种弹道约束的远程滑翔式再入飞行器的三自由度轨迹快速生成方法。将再入轨迹分为初始下降段和占大部分飞行时间的拟平衡滑翔段。考虑地球旋转影响对一般的拟平衡滑翔条件加以改进,利用该条件将各种约束条件转换为控制变量约束,推导速度与航程的近似关系,从而将纵向多约束参考轨迹设计问题转化为一维空间的单参数搜索问题。基于LOR方法对纵向参考轨迹跟踪的同时,采用航向角误差走廊控制完成三自由度再入轨迹规划。仿真计算表明,本文的轨迹快速生成方法能在在一般高性能微机上耗时2~3秒生成一条航程10000km左右的满足多种约束的再入轨迹,具有应用于在线制导问题的潜力。

关键词：高超声速再入快速轨迹生成拟平衡滑翔

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助推—滑翔式导弹中段弹道方案的初步分析

国防科技大学学报 2006年第6期28卷 6-10页

作者：雍恩米唐国金陈磊国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

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... 详细信息

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。

关键词：助推—滑翔导弹弹道优化非线性规划再入

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飞行器轨迹优化数值方法综述

宇航学报 2008年第2期29卷 397-406页

作者：雍恩米陈磊唐国金国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

自上世纪后期,出现了多种飞行器轨迹优化方法,但较全面地对各种方法进行综合研究的文献非常有限且近期未见公开发表。通过对近百篇相关文献的调研,从各种角度对轨迹优化方法分类,并总结了常见方法的特点和应用情况。同时还概述了一些很... 详细信息

自上世纪后期,出现了多种飞行器轨迹优化方法,但较全面地对各种方法进行综合研究的文献非常有限且近期未见公开发表。通过对近百篇相关文献的调研,从各种角度对轨迹优化方法分类,并总结了常见方法的特点和应用情况。同时还概述了一些很有应用前景的如伪谱法,快速探索随机树法和滚动时域优化等新方法的特点和进一步需要解决的问题。本文不对优化算法作过多的讨论,而是注重各种优化方法,这些方法的不同体现在对连续最优控制问题的转换、离散化方法等方面。希望本文的工作可为未来轨迹优化领域的研究和技术发展提供一个良好的基础。

关键词：轨迹优化数值方法综述

基于雷达跟踪仿真的滑翔式再入弹道突防性能分析

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宇航学报 2012年第10期33卷 1370-1376页

作者：雍恩米钱炜祺何开锋空气动力学国家重点实验室绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心计算所绵阳621000

从防御雷达对再入弹道跟踪效果的角度,对滑翔式再入飞行器的突防性能进行了初步分析。基于Unscented卡尔曼滤波和考虑气动模型的目标跟踪模型,加入雷达测量噪声,计算目标跟踪误差,比较弹道式与滑翔式再入弹道的跟踪效果。仿真结果表明:... 详细信息

从防御雷达对再入弹道跟踪效果的角度,对滑翔式再入飞行器的突防性能进行了初步分析。基于Unscented卡尔曼滤波和考虑气动模型的目标跟踪模型,加入雷达测量噪声,计算目标跟踪误差,比较弹道式与滑翔式再入弹道的跟踪效果。仿真结果表明:(1)滑翔式再入弹道有横向机动且飞行高度较低,雷达的发现时间较晚,可观测时间比较短;(2)由于雷达的跟踪动力学模型中很难对气动力准确建模,滑翔式弹道借助气动力产生机动,雷达对其跟踪的误差要大于弹道式再入弹道;(3)在相近的雷达观测条件下,弹道机动性越强,雷达跟踪精度越差;(4)尽量使防御方所假设的目标动力学模型失配是增加突防能力的有效措施。

关键词：滑翔再入雷达跟踪突防

考虑禁飞圆的滑翔式机动弹道与气动特性参数耦合设计

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航空学报 2013年第1期34卷 66-75页

作者：雍恩米钱炜祺唐伟冯毅中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000

为获得滑翔式再入飞行器最佳气动与弹道机动性能,针对规避禁飞圆的远程滑翔式再入问题提出了一种机动弹道与气动特性参数耦合设计方法。耦合设计外环以气动特性参数为设计变量,基于抛物阻力极线模型提取最大升阻比和对应升力系数为气动... 详细信息

为获得滑翔式再入飞行器最佳气动与弹道机动性能,针对规避禁飞圆的远程滑翔式再入问题提出了一种机动弹道与气动特性参数耦合设计方法。耦合设计外环以气动特性参数为设计变量,基于抛物阻力极线模型提取最大升阻比和对应升力系数为气动特性参数;耦合设计内环以泛化升力系数和侧倾角为设计变量,获得给定升阻特性下能规避禁飞圆且满足再入走廊要求的滑翔式再入轨迹。耦合设计问题以再入驻点总热流最小为优化目标,以再入走廊、终端位置和速度为约束,求解满足弹道机动要求且目标函数最小的最佳气动特性参数。提出了一种规避禁飞圆的侧向几何制导逻辑用于内环轨迹设计。仿真算例得出禁飞圆半径越大,需要的滑翔式再入飞行器最大升阻比越大,且再入轨迹刚好能绕过禁飞圆。仿真结果验证了耦合设计方法和侧向制导逻辑的有效性,该方法可为飞行器方案设计时的气动布局选型等工作提供参考。

关键词：高超声速气动特性耦合设计禁飞圆拟平衡滑翔