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基于模型预测控制的翼伞航迹跟踪

航空科学技术 2024年第4期35卷 74-82页

作者：李之翰南英万金诚南京航空航天大学江苏南京210016 航空工业航宇救生装备有限公司湖北襄阳441003

翼伞是一种既可以在空中展开又可以在地面折叠的伞状装置,其具有的高度不稳定性和复杂气动特性给翼伞控制带来了很大挑战。本文提出了一种基于模型预测控制(MPC)的翼伞航迹跟踪控制方法。首先,建立了翼伞运动学和动力学模型,包括了翼伞... 详细信息

翼伞是一种既可以在空中展开又可以在地面折叠的伞状装置,其具有的高度不稳定性和复杂气动特性给翼伞控制带来了很大挑战。本文提出了一种基于模型预测控制(MPC)的翼伞航迹跟踪控制方法。首先,建立了翼伞运动学和动力学模型,包括了翼伞的位置、速度、加速度等状态变量,以及翼伞运动受到的气动力和气动力矩。然后,采用模型预测控制方法,利用已知的翼伞模型和环境模型进行预测,通过优化算法计算出最优的控制输入,实现对翼伞航迹的跟踪控制。最后,通过仿真试验验证了所提出的控制方法的有效性。相比传统的翼伞跟踪方法,本文提出的方法显示出更优的跟踪性能,该方法能够有效抑制外部扰动的影响,具有良好的控制精度及鲁棒性,有一定的工程应用价值。

关键词：翼伞模型预测控制航迹跟踪优化算法仿真验证

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基于原始自然算法的翼伞航迹规划研究

舰船电子工程 2024年第3期44卷 31-36页

作者：李之翰南英万金诚南京航空航天大学航天学院南京210016 航空工业航宇救生装备有限公司襄阳441003

翼伞是一种对外部环境敏感性高的飞行器,在翼伞航迹规划中,需要考虑到风速和风向的变化以及地形高度的变化等因素来规划最优航迹。论文根据翼伞质点模型,对航迹规划中的约束进行数字化处理,包括风场、地形、威胁区、转弯半径等约束;将... 详细信息

翼伞是一种对外部环境敏感性高的飞行器,在翼伞航迹规划中,需要考虑到风速和风向的变化以及地形高度的变化等因素来规划最优航迹。论文根据翼伞质点模型,对航迹规划中的约束进行数字化处理,包括风场、地形、威胁区、转弯半径等约束;将原始自然算法应用于翼伞航迹规划中并仿真验证了算法的合理性。相比于传统的航迹规划方法,基于原始自然算法的翼伞航迹规划技术具有更高的效率和更好的安全性,可以同时考虑多种外部因素干扰,以更好地适应不同的飞行环境。

关键词：翼伞外部环境航迹规划原始自然算法最优航迹

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基于LBM的翼伞伞型曲面化气动特性研究

科技创新与应用 2024年第6期14卷 1-6页

作者：王乙杨春信北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

翼伞是应用于空降空投领域的一类重要气动减速装置,该文总体目标为采用格子玻尔兹曼方法研究不同翼伞曲面化伞型的气动仿真特性。在进行与试验数据的验证后,仿真分析不同伞型的气动曲线,得到其变化趋势和系数值差异。进行详细的流动特... 详细信息

翼伞是应用于空降空投领域的一类重要气动减速装置,该文总体目标为采用格子玻尔兹曼方法研究不同翼伞曲面化伞型的气动仿真特性。在进行与试验数据的验证后,仿真分析不同伞型的气动曲线,得到其变化趋势和系数值差异。进行详细的流动特性分析对不同伞型的气动特性差异原因,还分析气室、小孔2种气流结构对气动特性的影响。采用传统有限元方法进行补充解释分析。结果充分证明格子玻尔兹曼方法进行翼伞气动仿真的可靠性。加入曲面化的伞型其升阻特性有明显提高,同时反映出气动特性的鲁棒性。气室结构对升阻特性提高有较大影响,而小孔结构影响程度较小。上述结论对翼伞试验和仿真研究具有重要的借鉴和指导意义。

关键词：翼伞计算流体力学格子玻尔兹曼方法气动特性仿真研究

基于空中回收的运载火箭尾舱挂取方案设计及仿真分析

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导弹与航天运载技术（中英文） 2024年第2期 11-16页

作者：郑正路汪小卫吴琼隋毅徐振亮中国运载火箭技术研究院北京100076 北京航空航天大学北京100191 北京空间机电研究所北京100094

运载火箭空中回收的挂取过程是整个回收过程中最关键的环节之一。针对运载火箭尾舱空中挂取的全流程,开展了将直升机作为回收平台的钩取装置设计,主要包括拉力传感器、过载保护装置、减载装置以及末端的执行机构。翼伞和减速伞从火箭尾... 详细信息

运载火箭空中回收的挂取过程是整个回收过程中最关键的环节之一。针对运载火箭尾舱空中挂取的全流程,开展了将直升机作为回收平台的钩取装置设计,主要包括拉力传感器、过载保护装置、减载装置以及末端的执行机构。翼伞和减速伞从火箭尾舱的底部弹出,挂取装置可通过挂取翼伞顶部的牵顶伞实现对回收体的挂取操作。通过对挂取过程的仿真分析可以看出,回收体的质量增大时,过载显著增加,而当翼伞的收伞时间增加时,减载效果明显。

关键词：运载火箭空中回收挂钩装置翼伞减载

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面向火箭子级精确回收的翼伞最优航迹规划算法研究

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西北工业大学学报 2022年第1期40卷 62-68页

作者：邢小军韩逸尘樊国政陈梦萍李丰浩西北工业大学自动化学院陕西西安710072

翼伞是实现运载火箭子级精确回收的一种新的重要手段,针对翼伞在火箭子级回收中易受风场影响、落点误差大的问题,提出了一种基于天牛群算法的翼伞最优航迹规划算法。根据翼伞和某型火箭一子级组合体的动力学和运动学方程建立六自由度模... 详细信息

翼伞是实现运载火箭子级精确回收的一种新的重要手段,针对翼伞在火箭子级回收中易受风场影响、落点误差大的问题,提出了一种基于天牛群算法的翼伞最优航迹规划算法。根据翼伞和某型火箭一子级组合体的动力学和运动学方程建立六自由度模型,并分析火箭一子级归航过程中不同转弯下偏量对前向速度、垂直速度及翼伞航迹规划的影响。在此基础上,将翼伞一子级组合体盘旋削高段的盘旋圈数、盘旋半径和方位角作为寻优参数,应用天牛群算法对组合体进行最优航迹规划,将平均风的影响转换为目标点的飘移,最终获得一条综合考虑能量以及落点精确度的归航航迹。仿真结果表明,所提出的基于天牛群算法的火箭一子级翼伞回收分段最优航迹规划算法收敛速度快,航迹落点精度高。

关键词：航迹规划翼伞火箭一子级天牛群算法

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高滑翔伞伞绳叉联结构优化设计

海军航空大学学报 2024年第3期39卷 337-342,356页

作者：谢建宇李岩军陈子悦余莉南京航空航天大学江苏南京210016

为获得翼伞伞绳最优叉联结构设计方案,文章提出了1种高滑翔翼伞伞绳叉联结构的优化设计方法。首先,通过计算流体力学方法进行翼伞气动分析,确定最优气动性能时对应的伞绳安装角及翼伞伞衣气动载荷;然后,通过几何分析和受力分析,建立伞... 详细信息

为获得翼伞伞绳最优叉联结构设计方案,文章提出了1种高滑翔翼伞伞绳叉联结构的优化设计方法。首先,通过计算流体力学方法进行翼伞气动分析,确定最优气动性能时对应的伞绳安装角及翼伞伞衣气动载荷;然后,通过几何分析和受力分析,建立伞绳结点处的力系平衡方程及伞绳长度几何控制方程;最后,在满足伞绳结构安全的前提下,以伞绳总长度最小为优化目标,采用基于外罚函数和Davidon-Fletcher-Powell(DFP)算法原理的优化算法获得不同约束力条件对应的翼伞伞绳叉联点位置方案。优化结果表明:与优化前叉联方案相比,该方法伞绳长度可减小9.0%,阻力系数降低8.8%。此外,通过增加伞绳受力约束,可实现翼伞滑翔性能的进一步提高。

关键词：翼伞叉联结构计算流体力学力学分析

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翼伞后缘偏转过程的流固耦合动力学特性

空气动力学学报 2023年第5期41卷 68-75,I0002页

作者：高兴龙陈钦张青斌李志辉中国空气动力研究与发展中心绵阳621000 国防科技大学空天科学学院长沙410073

深入研究翼伞后缘偏转过程的气动与结构耦合动力学问题是解决大型翼伞精确空投系统机动转弯和雀降等操纵动作设计分析的重点内容。首先基于ALE算法和罚函数耦合方法对翼伞后缘偏转过程进行流固耦合动力学建模,之后基于结构化的ALE求解... 详细信息

深入研究翼伞后缘偏转过程的气动与结构耦合动力学问题是解决大型翼伞精确空投系统机动转弯和雀降等操纵动作设计分析的重点内容。首先基于ALE算法和罚函数耦合方法对翼伞后缘偏转过程进行流固耦合动力学建模,之后基于结构化的ALE求解方法和瞬态非线性求解器对翼伞三维模型的单个气室后缘偏转进行仿真验证,预测了后缘偏转运动引起的周围流场流动分离现象。分别针对翼伞后缘单侧下偏和双侧下偏过程的流固耦合行为进行仿真分析,获得全时域内翼伞结构场和周围流场特性动态演化结果,以及翼伞气动性能参数时间历程曲线,发现了后缘下偏过程的操纵延迟现象。最后通过风洞试验对仿真结果进行验证,证明了方法的有效性,为大型冲压翼伞的设计和应用提供理论和技术支撑。

关键词：翼伞流固耦合后缘偏转 ALE方法流动分离

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翼伞翼型非定常气动特性数值模拟研究

北京航空航天大学学报 2023年

作者：王震钟伟王同光李旭东张红英南京航空航天大学航空学院南京航空航天大学江苏省风力机设计高技术研究重点实验室

翼伞在远距离滑翔和定点着陆方面的优势，使其在人员空降、装备定点空投以及航天器回收等方面的应用越来越普遍，其非定常气动特性关乎飞行稳定性和飞行安全，是一个值得深入研究的问题。本文采用计算流体力学（CFD）方法对迎角动态变... 详细信息

翼伞在远距离滑翔和定点着陆方面的优势，使其在人员空降、装备定点空投以及航天器回收等方面的应用越来越普遍，其非定常气动特性关乎飞行稳定性和飞行安全，是一个值得深入研究的问题。本文采用计算流体力学（CFD）方法对迎角动态变化下的翼伞翼型开展非定常数值模拟，分析平均迎角、迎角振幅和缩减频率对翼伞翼型非定常气动力和流场形态的影响。结果显示，平均迎角、迎角振幅和缩减频率三个参数中的任一个增大，都导致翼伞翼型气动力的非定常性显著增强。其中，平均迎角同迎角振幅一起决定了翼型迎角动态变化的范围，显著影响翼伞翼型的动态失速特性；缩减频率的变化对翼伞翼型的升力迟滞效应产生影响，最大升力系数随着缩减频率的增加而呈线性增大。进一步的流场分析表明，翼伞翼型迎角动态增大阶段的非定常效应，一方面延缓了翼型流动分离的发生，另一方面还使分离涡紧贴上翼面呈扁平形状，共同促使翼伞翼型的临界迎角和最大升力系数相对定常情况显著增大。本文研究成果有助于增进对翼伞翼型非定常气动力和流场规律的理解，为复杂风环境下的翼伞非定常气动力预测和安全性评估提供支撑，为考虑非定常效应的翼伞设计提供参考。

关键词：翼伞翼型气动性能动态失速缩减频率

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上翼面开缝的翼伞翼型气动特性研究

航天返回与遥感 2022年第3期43卷 1-11页

作者：续荣华王震黄及水钟伟张红英航宇救生装备有限公司襄阳441003 航空防护救生技术航空科技重点实验室襄阳441003 南京航空航天大学航空学院南京210016

翼伞在远距离滑翔和定点着陆方面的优势,使其在人员空降、装备定点空投以及航天器回收等方面的应用越来越普遍。由于必须保留足够尺寸的前缘切口用于充气,翼伞相比于普通机翼阻力更大,上翼面也更容易发生流动分离导致较早失速。文章提... 详细信息

翼伞在远距离滑翔和定点着陆方面的优势,使其在人员空降、装备定点空投以及航天器回收等方面的应用越来越普遍。由于必须保留足够尺寸的前缘切口用于充气,翼伞相比于普通机翼阻力更大,上翼面也更容易发生流动分离导致较早失速。文章提出一种在翼伞上翼面中后部开缝的翼伞构型,并采用计算流体力学方法对其气动特性开展了数值模拟分析。仿真结果表明,采用开缝构型能够显著提升翼伞翼型的升阻力特性,最大升力系数提高28.8%,最大升阻比提高10.8%。对开缝参数影响的初步分析表明,最大升力系数的提高幅度对开缝的宽度更敏感,合理选择较大的开缝宽度更有利于翼型最大升力系数的提高;而最大升阻比的提高幅度对开缝的位置更敏感,选择在翼型后半部分开缝更有利于最大升力系数的提高。流场分析表明,开缝构型显著减缓了翼型上表面的流动分离,同时还导致分离涡的形态也发生了变化。综上,翼伞翼型上翼面的开缝设计能够显著改善翼型的升阻力特性,文章所提出的上翼面开缝设计可以使翼伞的气动性能得到较为显著的提升。

关键词：气动性能流动分离流动控制开缝翼型翼伞返回