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垂直起降重复使用液氧甲烷运载火箭发展路线探讨

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空天技术 2022年第3期2022卷 71-79页

作者：张晓东刘昶朱亮聪周华赵志杰上海宇航系统工程研究所

近年来，航天发射需求快速增长，垂直起降重复使用运载火箭以其成本低和响应快的特点，迅速占据了国际商业航天发射市场的主要份额，成为航天运输领域的重要发展方向。介绍了国外垂直起降运载火箭的发展现状，分析了其发展特点和趋势，... 详细信息

近年来，航天发射需求快速增长，垂直起降重复使用运载火箭以其成本低和响应快的特点，迅速占据了国际商业航天发射市场的主要份额，成为航天运输领域的重要发展方向。介绍了国外垂直起降运载火箭的发展现状，分析了其发展特点和趋势，给出了国内垂直起降重复使用运载火箭的发展路线建议。在梳理国内垂直起降重复使用运载火箭关键技术攻关现状的基础上，结合“十四五”国内使用需求，提出了第一代垂直起降重复使用火箭系列化发展型谱设想。针对可完全重复使用和更具经济性的第二代垂直起降重复使用火箭，初步归纳了需提前布局和攻关的核心关键技术，提出了发展设想和潜在应用模式。

关键词：垂直起降重复使用液氧甲烷运载火箭航天发射

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垂直起降火箭入轨回收一体轨迹优化

飞行力学 2024年

作者：袁文婕周浩刘小明北京航空航天大学宇航学院

针对垂直起降可重复使用运载火箭上面级入轨，一级垂直返回发射场的发射任务，基于两级直接入轨运载火箭设计了入轨和回收过程不同飞行阶段的飞行程序，建立了入轨回收一体化优化参数模型，使用二分法获得最优值区间范围后，使用序列二... 详细信息

针对垂直起降可重复使用运载火箭上面级入轨，一级垂直返回发射场的发射任务，基于两级直接入轨运载火箭设计了入轨和回收过程不同飞行阶段的飞行程序，建立了入轨回收一体化优化参数模型，使用二分法获得最优值区间范围后，使用序列二次规划（SQP）算法进一步寻优。优化结果表明，所提出的参数控制模型能保证一级回收满足约束条件的同时实现火箭运载能力最大化。

关键词：垂直起降可重复使用运载火箭轨迹优化参数优化

垂直起降固定翼无人机混合电推进系统设计与仿真研究

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重庆交通大学学报（自然科学版） 2023年第10期42卷 156-162页

作者：邓涛谭溪熊志豪郑宇惟重庆交通大学航空学院重庆400074 重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 绿色航空能源动力重庆市重点实验室重庆401120 重庆交通大学绿色航空技术研究院重庆401120

垂直起降固定翼无人机综合了固定翼和多旋翼的优势,在未来航空工业拥有良好前景,针对其动力系统结构分布和动力需求的特点,提出增程式油电混合电推进系统方案,根据飞行动力学和功率需求,对动力系统的各部件进行参数匹配与选型,结合恒功... 详细信息

垂直起降固定翼无人机综合了固定翼和多旋翼的优势,在未来航空工业拥有良好前景,针对其动力系统结构分布和动力需求的特点,提出增程式油电混合电推进系统方案,根据飞行动力学和功率需求,对动力系统的各部件进行参数匹配与选型,结合恒功率控制策略建立油电混合电推进系统模型进行仿真分析。结果表明:电池SOC值最终稳定在0.35~0.45范围内,旋翼电机和尾桨电机均运转在参数匹配结果范围内,该混合电推进系统方案设计和参数匹配具有合理性。

关键词：交通装备垂直起降无人机混合电推进参数匹配仿真

分布式推进垂直起降固定翼的过渡走廊边界研究

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西北工业大学学报 2022年第6期40卷 1195-1203页

作者：程宇轩周洲王科雷西北工业大学航空学院陕西西安710072

过渡状态是垂直起降固定翼飞行器在整个飞行过程中最关键和最危险的状态。针对一种分布式推进垂直起降固定翼飞行器,基于机翼升力特性和动力单元需用功率的限制条件进行了过渡走廊研究。根据滑流理论,引入涵道影响因子,建立了机身前部... 详细信息

过渡状态是垂直起降固定翼飞行器在整个飞行过程中最关键和最危险的状态。针对一种分布式推进垂直起降固定翼飞行器,基于机翼升力特性和动力单元需用功率的限制条件进行了过渡走廊研究。根据滑流理论,引入涵道影响因子,建立了机身前部升力风扇系统和机身尾部分布式涵道系统的动力特性模型,并结合试验数据进行了验证;根据机翼的升力特性,计算得到飞行器在不同迎角下的过渡曲线,其中零升迎角和失速迎角对应的过渡曲线组成了分布式推进垂直起降固定翼飞行器的升力特性过渡走廊;基于动力单元的动力特性模型,计算得到升力特性过渡走廊内各状态点对应的需用功率,根据升力风扇系统需用功率限制、分布式涵道系统需用功率限制以及动力单元总需用功率限制,得到分布式推进垂直起降固定翼飞行器在升力特性和动力单元需用功率限制条件下完整的过渡走廊。最终结果表明:完成过渡所需要的最小前飞速度与过渡状态迎角呈反比;飞行器在低速、小倾转角过渡时尾部分布式涵道系统的需用功率会出现严重的超限现象;对于需用功率限制边界而言,单部件的功率限制条件比总功率限制条件更加严格。文中的研究成果可以为这类垂直起降固定翼飞行器的过渡走廊研究提供一定的参考借鉴,并可在此基础上进行过渡走廊的参数敏感性分析、控制系统设计、总体参数优化等后续工作。

关键词：分布式推进垂直起降过渡走廊飞行包线升力特性需用功率

垂直起降重复使用运载火箭发展趋势与关键技术研究进展

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科学通报 2016年第32期61卷 3453-3463页

作者：徐大富张哲吴克李红兵林剑锋张晓东郭筱曦上海宇航系统工程研究所上海201109 探月与航天工程中心北京100037 北京空间科技信息研究所北京100086

可重复使用运载火箭技术是降低空间运输费用的重要手段,也是提升空间快速响应能力的有效途径,各主要航天强国都将其作为航天领域未来发展的重点方向之一.为验证垂直起降精确软着陆与箭体回收技术的可行性,私营商业航天领域的代表者Spac... 详细信息

可重复使用运载火箭技术是降低空间运输费用的重要手段,也是提升空间快速响应能力的有效途径,各主要航天强国都将其作为航天领域未来发展的重点方向之一.为验证垂直起降精确软着陆与箭体回收技术的可行性,私营商业航天领域的代表者Space X公司开展了多次猎鹰-9火箭一子级海上平台和陆地回收试验,再次掀起可重复使用火箭研究热潮.本文对Space X公司可重复使用运载火箭研究历程、回收试验情况等进行简要回顾,总结归纳了重复使用技术60多年的发展历程,研究分析其发展特点、未来趋势和关键技术,提出发展我国可重复使用运载火箭技术的启示和建议.

关键词：可重复使用运载火箭垂直起降精确软着陆发展趋势关键技术

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垂直起降固定翼无人机串联混电系统优化设计

北京航空航天大学学报 2021年第4期47卷 742-753页

作者：陈刚贾玉红马东立夏兴禄张欣北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

针对垂直起降固定翼无人机的动力需求特点,提出了一种专用于该类无人机的串联混电系统(S-HES)优化设计方法。首先,建立了旋翼、固定翼及转换模式下的垂直起降固定翼无人机的功率需求模型和基于串联混电系统功率传递路径的混电功率解算方... 详细信息

针对垂直起降固定翼无人机的动力需求特点,提出了一种专用于该类无人机的串联混电系统(S-HES)优化设计方法。首先,建立了旋翼、固定翼及转换模式下的垂直起降固定翼无人机的功率需求模型和基于串联混电系统功率传递路径的混电功率解算方程,给出了计及功率约束、能量约束及电池充电的电池质量解算方法,并在大量统计数据的基础上建立了其他混电部件质量解算方程。其次,使用威兰氏线法建立了考虑发动机工作点变化的燃油消耗模型。使用柯西变异粒子群算法基于各物理数学模型在飞行剖面内的各个飞行阶段展开混电控制参数优化,从而完成垂直起降固定翼无人机的顶层设计要求向串联混电系统最佳供电策略、设计功率及质量分配方案的转化。在城市货运和山区货运2种应用场景下对所提方法进行了验证。最后,分析了优化设计结果对于不同飞行阶段性能要求的敏感性。研究结果表明:所提方法可较好地捕捉垂直起降固定翼无人机任务剖面的调整及各飞行阶段的性能要求变化对串联混电系统优化设计结果的显著影响,对垂直起降固定翼无人机的各类应用场景均具有较好的适应性。

关键词：混电系统垂直起降固定翼无人机垂直起降参数优化总体设计

尾座式垂直起降无人机在时变侧风干扰下的轨迹跟踪控制

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清华大学学报（自然科学版） 2022年第1期62卷 179-188页

作者：吴林峰李春文清华大学自动化系北京100084

该文针对尾座式垂直起降无人机面临的时变侧风干扰问题,设计了一种基于新型姿态提取算法的轨迹跟踪控制方法。首先,根据侧风干扰与无人机姿态的关系建立数学模型,在此模型基础上推导出一种利用无人机滚转角的新型姿态提取算法,显著降低... 详细信息

该文针对尾座式垂直起降无人机面临的时变侧风干扰问题,设计了一种基于新型姿态提取算法的轨迹跟踪控制方法。首先,根据侧风干扰与无人机姿态的关系建立数学模型,在此模型基础上推导出一种利用无人机滚转角的新型姿态提取算法,显著降低了干扰力。在反步式控制方法的基础上,采用嵌套饱和函数方法对控制输入进行限制,解决推力限幅问题,并通过PD+前馈控制方法解决姿态跟踪控制问题。此外,采用指令滤波器解决了时变侧风干扰造成的期望姿态无法求导的问题。结果表明:只要滤波频率足够大,轨迹跟踪误差便可达到任意小,并通过仿真实验验证了其有效性。

关键词：尾座式无人机垂直起降侧风干扰

复合翼垂直起降无人机直驱混合动力系统验证设计与试验建模方法

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内燃机工程 2023年第6期44卷 77-89页

作者：郑育行张勋安斯奇唐庆如张启悦中国民用航空飞行学院航空工程学院广汉618307 中国民用航空飞行学院航空电子电气学院广汉618307

针对传统复合翼垂直起降(vertical take-off and landing,VTOL)无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)垂直机动时间短的固有缺陷,提出了一种应用油电混动技术的直驱混合动力系统拓扑结构。面向起飞质量约15~20 kg的复合翼垂直起降无人机... 详细信息

针对传统复合翼垂直起降(vertical take-off and landing,VTOL)无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)垂直机动时间短的固有缺陷,提出了一种应用油电混动技术的直驱混合动力系统拓扑结构。面向起飞质量约15~20 kg的复合翼垂直起降无人机对直驱混合动力系统的软硬件进行开发与选型,设计出了满足上述起飞质量下功率需求的直驱混合动力系统。为对动力系统的设计方法进行验证并在探究其特性规律的基础上建立简化的直驱混合动力系统数学仿真模型,搭建了能够在地面模拟搭载直驱混合动力的复合翼垂起无人机飞行工况与工作模式的直驱混合动力系统地面一体化验证平台。基于此验证平台,设计了直驱混合动力系统特性一体化探究试验方案,采用试验建模法建立了简化的直驱混合动力系统的稳态与动态数学仿真模型,通过仿真与实物对比试验分析法,验证了试验方案的可行性与模型准确性。直驱混合动力系统配装复合翼垂直起降无人机搭建飞行验证平台并完成垂直机动飞行试验,试验过程中,全系统工作正常,飞行验证平台垂直机动时间超过预期指标。飞行试验结果表明,直驱混合动力系统设计方法是正确且有效的,动力系统具有良好的功率输出表现,能够改善复合翼垂起无人机垂直机动时间短的固有缺陷。

关键词：垂直起降无人机复合翼垂直起降无人机直驱混合动力系统拓扑结构油电混动动力系统一体化验证平台试验建模法飞行验证平台

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垂直起降

智力（提高版） 2011年第4期 10-11,39页

作者：周勇

在飞行器的历史上，人类一直有一个梦想，就是能够像鸟一样．直接离开地面飞到空中．而不必依赫长长的跑道。直升机和“鹞式”战斗机的诞生为这一梦想开启了曙光。但是它们都有巨大的缺陷：直升机速度太低；“鹞式”战斗机因为是靠垂直... 详细信息

在飞行器的历史上，人类一直有一个梦想，就是能够像鸟一样．直接离开地面飞到空中．而不必依赫长长的跑道。直升机和“鹞式”战斗机的诞生为这一梦想开启了曙光。但是它们都有巨大的缺陷：直升机速度太低；“鹞式”战斗机因为是靠垂直方向喷气来实现垂直起降．所以油耗极大．

关键词：垂直起降战斗机直升机飞行器梦想鹞式