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固体弹道导弹总体多目标设计优化研究

固体弹道导弹总体多目标设计优化研究

作者：杨光国防科学技术大学

学位级别：硕士

未来对先进弹道导弹武器系统的需求促进了导弹总体设计技术的不断发展。依托计算机软件平台的数字化设计是近年来导弹总体设计的研究热点,拥有广阔的应用前景。本文以固体弹道导弹的数字化设计为背景,重点研究了固体弹道导弹总体设计的... 详细信息

未来对先进弹道导弹武器系统的需求促进了导弹总体设计技术的不断发展。依托计算机软件平台的数字化设计是近年来导弹总体设计的研究热点,拥有广阔的应用前景。本文以固体弹道导弹的数字化设计为背景,重点研究了固体弹道导弹总体设计的分析模型、多目标优化方法和灵敏度分析方法、软件的设计与开发等问题,主要研究工作如下: 首先,对固体弹道导弹相关的固体推进、气动设计、轨迹等学科的分析模型抽象和各分系统工作过程仿真展开研究。根据不同阶段不同层次总体设计的需求,建立了导出和展开形式的固体弹道导弹质量方程;借鉴代理模型(Surrogate Models)的思想,将复杂的精确分析模型的计算放在优化过程外完成,建立了满足一定精度要求又适于优化迭代的固体火箭发动机简化分析模型;在分析弹道导弹基准外形的基础上,建立了基于Missile DATCOM简化气动工程估算模型;通过对主动段飞行程序参数的分析,建立了适于工程实践的弹道设计模型。总体设计分析模型的研究为后续章节提供了仿真模型其次,开展了导弹总体设计的多目标优化研究。运用物理规划将导弹总体多目标设计问题处理成单目标问题,而后采用基于拉丁超立方设计和经典优化算法的混合优化算法对其优化。同时,对比研究了多目标遗传算法(NSGA-II算法)和罚函数处理的单目标遗传算法对导弹总体多目标设计的优化效果和效率。基于上述模型和算法实现的三级固体弹道导弹总体多目标设计算例的结果表明:基于物理规划和混合优化算法的导弹多目标设计优化效率高(耗费的计算机时与NSGA-II算法和单目标遗传算法比分别为1:38.75和1:17.5),且优化性能指标更好。再次,引入基于正交试验设计的灵敏度分析方法对导弹总体多目标设计优化的结果进行了分析,得到了最优设计点附近各设计参数对射程等优化指标的灵敏度。最后,设计开发了固体弹道导弹总体方案设计优化软件。分析了软件多样化、通用化的功能需求,安排了软件主要计算流程,采用面向对象技术搭建了软件基本框架。软件计算结果表明,该软件能够提供固有导弹构型优化设计、新建构型优化设计、各参数配置、多种优化算法、可变优化变量、可变约束以及数据结果输出等主要功能。本文将现代优化技术、数据分析方法应用到固体弹道导弹多学科设计中,为飞行器优化设计领域提供了新的方法和思路。设计开发的固体弹道导弹总体设计软件有一定的应用价值。

关键词：固体弹道导弹总体设计多目标优化灵敏度分析总体设计软件

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固体弹道导弹姿态控制系统算法设计

固体弹道导弹姿态控制系统算法设计

作者：张灵悦哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

由于固体弹道导弹具备的许多优势,当今世界各国都将发展固体弹道导弹视为战略和战术弹道导弹的重点发展方向。在整个导弹的总体设计中,姿态控制系统作为导弹的重要组成成分,在提高导弹飞行稳定性和精确击打目标等方面都起着极其重要的... 详细信息

由于固体弹道导弹具备的许多优势,当今世界各国都将发展固体弹道导弹视为战略和战术弹道导弹的重点发展方向。在整个导弹的总体设计中,姿态控制系统作为导弹的重要组成成分,在提高导弹飞行稳定性和精确击打目标等方面都起着极其重要的作用。然而,导弹在飞行过程中飞行高度、速度等都是不断发生变化的,这会使得弹体动力学模型参数具有很大的不确定性。同时,由于导弹不是绝对刚体结构,在设计时必须充分考虑弹性模态,导弹振动频率也存在不确定性,这些不确定性因素增加了导弹姿态控制系统设计的难度。本文以固体弹道导弹俯仰姿态控制系统为研究对象,针对导弹参数不确定性、弹性振动等问题,分别采用经典控制理论、鲁棒控制理论、自适应控制理论设计了导弹姿态稳定控制系统,并对设计的控制系统进行仿真验证、分析。首先,阐述了课题的研究背景、重要性,概括了国内外导弹姿态系统设计方法和弹性振动抑制方法的发展状况,并简单介绍了导弹姿态控制系统的基础知识,还推导了包含弹性振动方程在内的导弹姿态运动的数学模型,并简要分析了无控刚体运动和弹性振动的稳定性,为后续研究奠定基础。其次,采用经典控制理论设计了刚体导弹PD控制器,采用陷波滤波器的方法对导弹的弹性振动进行抑制,并通过仿真验证,分析带陷波滤波器的PD控制在导弹姿态控制系统中控制效果。然后,采用H∞鲁棒控制理论,选取合适的加权函数,分别对刚性弹体模型和弹性弹体模型进行姿态控制系统的设计,并通过仿真验证,分析鲁棒控制在导弹姿态控制系统中的控制效果。最后,针对刚性弹体模型,采用李雅普诺夫稳定理论设计了模型参考自适应控制器,针对导弹弹性振动问题,采用具有遗忘因子的最小二乘辩识算法设计了自适应陷波滤波器,将两者综合起来组成自适应姿态控制系统,并通过仿真验证,分析自适应控制在导弹姿态控制系统中的控制效果。

关键词：固体弹道导弹姿态控制鲁棒控制自适应陷波滤波器自适应控制

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固体弹道导弹推进/气动/弹道优化设计研究

固体弹道导弹推进/气动/弹道优化设计研究

作者：王永圣哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

固体弹道导弹代表了当今弹道导弹的发展趋势。它是军事大国战略核力量主要组成部分，发展固体弹道导弹也就成了我国拥有足够核威慑能力的主要途径。因为在导弹概念设计阶段导弹的总体性能已基本确定，所以必须提高该阶段工作质量以保证... 详细信息

固体弹道导弹代表了当今弹道导弹的发展趋势。它是军事大国战略核力量主要组成部分，发展固体弹道导弹也就成了我国拥有足够核威慑能力的主要途径。因为在导弹概念设计阶段导弹的总体性能已基本确定，所以必须提高该阶段工作质量以保证导弹的设计质量。为了导弹设计性能达到整体最优，最大程度挖掘飞行器设计潜能，就要考虑推进系统、气动外形和弹道设计的相互影响关系。这样就产生了固体弹道导弹推进/气动/弹道综合设计问题。本文主要研究同时考虑推进系统、气动外形和弹道三个学科固体弹道导弹一体设计问题。首先要建立导弹的推进系统、气动外形和弹道设计模型，充分了解各分系统设计特点。接着根据导弹设计的技术指标要求，依据最优弹道理论和弹道导弹设计准则确定推进系统、气动外形和弹道设计的概要设计。然后在概要设计的基础上进行优化设计，要建立多变量、多约束优化问题的数学描述并对优化模型进行分析简化，最后应用改进粒子优化算法对优化问题进行优化。采用了最小弹道理论估算导弹关机点速度，根据齐奥尔科夫斯基公式应用拉格朗日乘子法求取了最佳的各级推进剂质量，建立三级固体弹道导弹29个变量、32个约束的优化模型，应用均匀设计试验对优化模型的约束函数、优化变量进行了分析和简化，减少了20约束。根据优化问题的具体特点对粒子群优化算法约束的处理方法进行了改进，从而防止粒子群早熟，提高了算法效率。利用均匀设计表对粒子种群进行了初始化，提高初始种群对设计空间的覆盖性，提高了粒子群的多样性和提高算法的搜索效率。应用粒子群优化算法对三级固体弹道导弹进行了优化，优化结果表明优化后的导弹能很好的满足约束、并且起飞质量导弹最优。

关键词：固体弹道导弹一体化设计均匀设计粒子群优化算法

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固体弹道导弹机动性能评估

军事运筹与系统工程 1997年第4期11卷 21-26页

作者：吕彬赵全仁二炮四所 100085

本文从某型固体弹道导弹机动性能方案论证的需求出发 ,采用系统分析法 ,建立了机动能力评估指标体系层次分析模型、指标量化和综合模型 ,并对机动性能论证中形成的四种待选方案进行了评估和比较 ,得出了较为理想的结果 ,为机动方案决策... 详细信息

本文从某型固体弹道导弹机动性能方案论证的需求出发 ,采用系统分析法 ,建立了机动能力评估指标体系层次分析模型、指标量化和综合模型 ,并对机动性能论证中形成的四种待选方案进行了评估和比较 ,得出了较为理想的结果 ,为机动方案决策提供了定量分析依据。

关键词：固体弹道导弹机动性能评估

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灵活机动、便捷高效的固体弹道导弹

兵器知识 1999年第10期 31-33页

作者：郑军

1999年8月2日,是共和国历史上具有重要意义的一天:中国首次成功进行了固体远程战略弹道导弹的飞行试验,这是我国继1980年5月18日向太平洋成功发射液体洲际战略导弹试验之后在战略导弹领域内又一重大成就。它不仅标志着我国战略弹道导弹... 详细信息

1999年8月2日,是共和国历史上具有重要意义的一天:中国首次成功进行了固体远程战略弹道导弹的飞行试验,这是我国继1980年5月18日向太平洋成功发射液体洲际战略导弹试验之后在战略导弹领域内又一重大成就。它不仅标志着我国战略弹道导弹实现不同射程、打击不同目标的序列化,更标志着我国远程固体导弹技术实现了重大突破,成为世界上继美、俄两国之后,第三个拥有射程为8000千米(据外电报道)的固体远程战略弹道导弹的国家。用美国人的话说:这次发射的导弹,可以装备中国已研制成功的"体积小、重量轻的小型核弹头";"机动性极高的导弹"已"对美国本土构成威胁"。本文将介绍一些有关固体导弹的知识,以飨读者。

关键词：固体导弹固体推进剂固体弹道导弹战略弹道导弹导弹弹体改性双基推进剂战略导弹复合推进剂推进剂药柱研制成功

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中国航天科工集团第四研究院纪念中国潜地固体弹道导弹首飞成功30周年

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国防科技工业 2012年第11期 81-81页

10月12日上午,中国航天科工集团第四研究院在北京隆重召开中国潜地固体弹道导弹巨浪一号首飞成功30周年纪念大会。中国航天科工集团公司副总经理方向明及有关部门领导,四院院长刘石泉、党委书记杨西玲等院领导班子成员,巨浪一号总设计... 详细信息

10月12日上午,中国航天科工集团第四研究院在北京隆重召开中国潜地固体弹道导弹巨浪一号首飞成功30周年纪念大会。中国航天科工集团公司副总经理方向明及有关部门领导,四院院长刘石泉、党委书记杨西玲等院领导班子成员,巨浪一号总设计师黄纬禄的家属,部分当年参与巨浪一号研制的老专家及院属各单位职工代表400余人欢聚一堂,共同追忆分享30年前巨浪一号"咬龙"出海,雷震海天的荣耀与自豪,共同传承弘扬老一辈航天人留给航天事业的宝贵精神财富和卓越功绩。

关键词：中国航天科工研究院中国航天科工集团公司固体弹道导弹

蛟龙出海破云山——我国第一型潜地固体导弹巨浪一号发展回眸

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国防科技工业 2012年第11期 52-54页

作者：王舒颖苑轩《国防科技工业》编辑部

我国潜地固体导弹巨浪一号迎来首飞成功30周年。回眸这一段不平凡的历程,我们依然为老一辈国防科技工作者表现出的"国家利益高于一切"的精神所震撼10月12日,为纪念我国第一枚潜地固体弹道导弹巨浪一号首飞成功30周年,中国航天科工集团... 详细信息

我国潜地固体导弹巨浪一号迎来首飞成功30周年。回眸这一段不平凡的历程,我们依然为老一辈国防科技工作者表现出的"国家利益高于一切"的精神所震撼10月12日,为纪念我国第一枚潜地固体弹道导弹巨浪一号首飞成功30周年,中国航天科工集团公司第四研究院在京隆重召开纪念大会,400多名航天专家齐聚京郊,其中包括当年参与巨浪一号研制的老专家,共同追忆分享30年前"蛟龙"腾飞的荣耀与自豪。30年前的这一天,由我国自行研制的巨浪一号固体战略导弹首次水下发射,并取得圆满成功。

关键词：固体弹道导弹专家黄纬固体导弹云山