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高超声速轴对称再入机动飞行器气动外形设计与布局研究

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空气动力学学报 2016年第3期34卷 327-332,340页

作者：朱广生刘文伶中国运载火箭技术研究院北京100076 北京航天长征飞行器研究所北京100076

为设计大气层内大范围机动、可实现急速拐弯与下压、终端飞行参数可调的高超声速轴对称再入机动飞行器气动外形,针对总体、控制等相关专业的工程研制需求,在剖析机动飞行法向加速度、机动配平能力和机动距离产生机理的基础上,通过经风... 详细信息

为设计大气层内大范围机动、可实现急速拐弯与下压、终端飞行参数可调的高超声速轴对称再入机动飞行器气动外形,针对总体、控制等相关专业的工程研制需求,在剖析机动飞行法向加速度、机动配平能力和机动距离产生机理的基础上,通过经风洞试验修正过的无粘数值计算方法,得到了锥体与翼身组合体气动特性,分析得出了细长双锥体加四个全动式三角形空气舵是满足较高升力和升阻比、静稳定裕度合理、较高舵面效率和较小负载力矩等高超声速机动飞行要求的最佳气动外形;采用混合水平的正交设计法,得到各外形因素影响机动性能的规律和极差值。据此,开展风洞试验,选择出了满足工程研制总体技术指标要求的最优气动外形,并验证了理论预测的合理性。此外,针对优选出的+字布局与×字布局两种不同的布局形式,从舵面控制方式、舵面效率、机动性能和航向稳定性等方面进行了分析与比较,得到×字布局在升力、升阻比、舵面控制效率、静稳定裕度等方面均优于+字布局但工程实现相对复杂的结论。

关键词：机动再入飞行器气动外形布局

基于虚拟目标导引的再入飞行器禁飞区规避制导方法研究

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中国科学：物理学、力学、天文学 2021年第10期51卷 61-70页

作者：赵亮博徐玮董超朱广生庄凌北京航天长征飞行器研究所北京100076 火箭军研究院北京100096 中国运载火箭技术研究院北京100076

针对飞行器再入过程中面临的禁飞区规避问题,提出了一种基于虚拟目标导引的规避制导方法.该制导方法在对飞行器机动转弯能力分析的基础上,结合Dubins曲线路径规划方法与比例导引方法实时跟踪虚拟目标,实现飞行器对禁飞区的规避制导.为... 详细信息

针对飞行器再入过程中面临的禁飞区规避问题,提出了一种基于虚拟目标导引的规避制导方法.该制导方法在对飞行器机动转弯能力分析的基础上,结合Dubins曲线路径规划方法与比例导引方法实时跟踪虚拟目标,实现飞行器对禁飞区的规避制导.为修正规避引起的误差、满足再入终端约束,通过建立基于能量的运动模型,结合平衡滑翔条件,进行航程及高度的解析预测-校正控制.仿真结果表明,该制导方法能够有效实现飞行器的禁飞区规避,且满足再入过程与终端约束,具有较强的适应性及鲁棒性.

关键词：再入飞行器禁飞区虚拟目标转弯能力 Dubins曲线

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质量引射对边界层稳定性的影响

航空动力学报 2020年第2期35卷 280-293页

作者：李瑾苏伟黄章峰刘文伶天津大学机械工程学院天津300072 中国运载火箭技术研究院北京航天长征飞行器研究所北京100076

采用直接数值模拟(DNS)方法和线性稳定性理论(LST)研究了质量引射对马赫数为6的钝板边界层中第二模态扰动演化的影响。研究了质量引射及扰动的不同因素对扰动演化的影响,包括引射速度幅值、引射宽度、位置、组合以及体积流量。研究结果... 详细信息

采用直接数值模拟(DNS)方法和线性稳定性理论(LST)研究了质量引射对马赫数为6的钝板边界层中第二模态扰动演化的影响。研究了质量引射及扰动的不同因素对扰动演化的影响,包括引射速度幅值、引射宽度、位置、组合以及体积流量。研究结果表明:质量引射对二维和三维扰动波都起不稳定作用,当引射位置接近扰动波中性曲线的下支界时,不稳定作用最明显;体积流量是决定质量引射对边界层作用的重要因素;当体积流量较小时,质量引射组合放置能起到单个质量引射叠加的效果;LST预测得到的N值修正与直接数值模拟的结果相近,可以定量地反映质量引射对边界层流动稳定性的影响。

关键词：质量引射线性稳定性理论(LST) 高超声速边界层直接数值模拟(DNS)方法

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基于深度强化学习的驾驶仪参数快速整定方法

系统工程与电子技术 2022年第10期44卷 3190-3199页

作者：万齐天卢宝刚赵雅心温求遒北京理工大学宇航学院北京100081 北京航天长征飞行器研究所北京100076 中国运载火箭技术研究院北京100076

针对深度强化学习方法对驾驶仪控制参数训练速度慢、奖励函数收敛性不好等问题,以三回路驾驶仪极点配置算法为核心,提出一种将三维控制参数转换为一维设计参量的智能训练方法,构建离线深度强化学习训练叠加在线多层感知器神经网络实时... 详细信息

针对深度强化学习方法对驾驶仪控制参数训练速度慢、奖励函数收敛性不好等问题,以三回路驾驶仪极点配置算法为核心,提出一种将三维控制参数转换为一维设计参量的智能训练方法,构建离线深度强化学习训练叠加在线多层感知器神经网络实时计算的智能控制架构,在提高深度强化学习算法的效率和奖励函数收敛性同时,确保在大范围飞行状态变化条件下控制参数的快速在线自整定。以典型再入飞行器为例,完成深度强化学习训练和神经网络部署。仿真结果表明,强化学习动作空间简化后的训练效率更高,训练得到的驾驶仪对控制指令的跟踪误差在1.2%以内。

关键词：强化学习自动驾驶仪参数整定智能控制归一化

一种抑制掠海飞行中多种扰动的高度组合滤波方法

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中国惯性技术学报 2020年第4期28卷 522-527页

作者：李金晟庄凌宋加洪陈刚胡建北京航天长征飞行器研究所北京100076

掠海飞行器的高度控制系统常采用雷达高度表辅助惯性加速度计获取高度信息,但高度表测量的是飞行器与海面的实际高度,而非控制系统所需的相对平均海平面的高度。当飞行高度较低时,海浪扰动及传感器的测量误差对控制系统性能影响显著,为... 详细信息

掠海飞行器的高度控制系统常采用雷达高度表辅助惯性加速度计获取高度信息,但高度表测量的是飞行器与海面的实际高度,而非控制系统所需的相对平均海平面的高度。当飞行高度较低时,海浪扰动及传感器的测量误差对控制系统性能影响显著,为此提出了一种高度组合滤波方法。首先采用基于状态扩增法及量测差分法的改进卡尔曼滤波估计高度表和加速度表的常值误差。随后引入预测滤波实时对状态模型进行补偿修正,估计加速度表的慢变漂移。最后基于修正的状态模型,采用贝叶斯理论,给予模型先验估计值更大的权重,实现对任意海况下海浪扰动的抑制。仿真结果表明,在多种扰动同时存在的情况下,提出的组合滤波相比于已有的扩展卡尔曼滤波方法,高度估计的均方根误差进一步降低了25%,并且在给定补偿器的高度控制系统中,仅有组合滤波能满足掠海低飞的控制要求。

关键词：掠海飞行器高度控制组合滤波有色噪声扰动建模

捷联惯导快速传递对准可观测性分析与机动方案设计

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中国惯性技术学报 2023年第5期31卷 431-437页

作者：蔡静王晓飞赵春明王君李涛北京航天长征飞行器研究所北京100076

基于“速度+姿态”的快速传递对准对实际失准角的估计精度和速度与载体机动密不可分,尤其在大失准角条件下非线性系统观测性分析和可观测度定义仍没有统一方法。首先,在基于量测失准角快速传递对准线性模型的基础上,通过构造可观测性矩... 详细信息

基于“速度+姿态”的快速传递对准对实际失准角的估计精度和速度与载体机动密不可分,尤其在大失准角条件下非线性系统观测性分析和可观测度定义仍没有统一方法。首先,在基于量测失准角快速传递对准线性模型的基础上,通过构造可观测性矩阵,分析得出状态量可观测的充分条件;然后,通过构建大失准角条件下快速传递对准非线性数学模型,从全局可观测性的角度出发,系统地推衍非线性系统可观测性与载体机动之间的关系,为载体机动方案的选取提供理论基础;最后,通过仿真实验验证理论分析的正确性。仿真结果表明:在摇摆机动条件下,无论是小失准角还是大失准角,主、子惯导载体的实际失准角在10 s内均可达到约3’的精度。

关键词：惯性导航传递对准 “速度+姿态”匹配可观测性分析

继承不复旧创新不弃宗——从航天技术工程实践谈科技创新

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南京航空航天大学学报 2022年第5期54卷 737-742页

作者：朱广生沈治李芳吴亚东尹宇辉赵亮博中国运载火箭技术研究院北京100076 北京宇航系统工程研究所北京100076 北京航天长征飞行器研究所北京100076

原始技术创新是中国航天事业发展的正本之源。本文通过分析航天领域技术攻关中创新实践案例,总结了工程创新的经验和途径。并且在工程实践的基础上,提出独立探究科学本质、辩证分析技术内涵、以系统工程方法破解性能提升途径的航空航天... 详细信息

原始技术创新是中国航天事业发展的正本之源。本文通过分析航天领域技术攻关中创新实践案例,总结了工程创新的经验和途径。并且在工程实践的基础上,提出独立探究科学本质、辩证分析技术内涵、以系统工程方法破解性能提升途径的航空航天工程创新理念。

关键词：航天技术科技创新系统工程

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重复使用运载器制导与控制技术综述

航空学报 2021年第11期42卷 30-58,I0002页

作者：宋征宇蔡巧言韩鹏鑫王聪潘豪张广春李栩进中国运载火箭技术研究院北京100076 中国运载火箭技术研究院空天业务部北京100076 北京航天自动控制研究所北京100854

本文对重复使用运载器制导与控制技术进行综述。随着航天技术的发展,对航天运载器重复使用的需求也日益剧增,具备可复用的天地往返运输能力也一直是航天工业追求的重要目标之一,而制导与控制将发挥重要的作用。首先回顾了全球范围内重... 详细信息

本文对重复使用运载器制导与控制技术进行综述。随着航天技术的发展,对航天运载器重复使用的需求也日益剧增,具备可复用的天地往返运输能力也一直是航天工业追求的重要目标之一,而制导与控制将发挥重要的作用。首先回顾了全球范围内重复使用运载器的研究进展,随后从不同的维度对其发展途径进行分类和分析,并从垂直起飞垂直着陆(VTVL)、垂直起飞水平着陆(VTHL)、水平起飞水平着陆(HTHL)等3个方面对制导与控制的需求进行了梳理。针对不同的起降模式,详细构建了完整的制导与控制模型、约束与目标函数,从而对比在不同场景下制导与控制的特点和挑战。在此基础上,对在VTVL、VTHL、HTHL 3种工作方式下制导与控制理论研究与工程实践中所取得的研究成果进行分析,并对各种方法的特点进行了论述和比对。最后对本领域当前亟待突破的技术难点和发展趋势进行了讨论,并对推动重复使用运载器应用的重点研究方向进行了归纳和展望。

关键词：重复使用运载器制导与控制垂直起飞垂直着陆垂直起飞水平着陆水平起飞水平着陆

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氟橡胶包覆层对纳米铝粉性能的影响研究

兵工学报 2019年第8期40卷 1611-1617页

作者：闫涛任慧马爱娥焦清介王慧心北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 中国运载火箭技术研究院北京航天长征飞行器研究所北京100074

氟橡胶包覆改性纳米铝粉是近年来含能材料领域的研究热点。为了获得包覆层对纳米铝粉性能的影响规律,将电爆法制备的铝粉包覆5%、10%、15%3种不同含量的氟橡胶,并引入钝化纳米铝粉进行对比研究。利用扫描电镜、透射电镜、物理吸附分析仪... 详细信息

氟橡胶包覆改性纳米铝粉是近年来含能材料领域的研究热点。为了获得包覆层对纳米铝粉性能的影响规律,将电爆法制备的铝粉包覆5%、10%、15%3种不同含量的氟橡胶,并引入钝化纳米铝粉进行对比研究。利用扫描电镜、透射电镜、物理吸附分析仪、X射线光电子能谱仪及同步热分析仪表征改性前后纳米铝粉的表观形貌、包覆层厚度、比表面积、表面元素价态以及热响应行为,测定活性铝含量和燃烧热。结果表明:改性纳米铝粉形貌规整、粒径分布均匀,比表面积略高于钝化纳米铝粉;氟橡胶包覆层通过化学键吸附在铝粉表面,增强了纳米铝粉的热稳定性,阻止了纳米铝粉的进一步氧化,使其活性铝含量高于自然失活的纳米铝粉,最高达到85.85%;受氟橡胶包覆层的影响,改性纳米铝粉的燃烧热高于钝化纳米铝粉。

关键词：纳米铝粉氟橡胶包覆改性燃烧性能