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基于不确定性的末制导初始参数优化设计方法

国防科技大学学报 2019年第6期41卷 33-38页

作者：张海瑞王浩王尧洪东跑卜奎晨中国运载火箭技术研究院

为量化无动力滑翔飞行器末制导初始参数不确定性的综合影响,提升飞行器落点精度,提出基于不确定性的末制导初始参数优化设计方法。面向飞行器末端高动态打击需求,采用落角约束下的滑模变结构导引律进行实时弹道成型,进而考虑末制导初始... 详细信息

为量化无动力滑翔飞行器末制导初始参数不确定性的综合影响,提升飞行器落点精度,提出基于不确定性的末制导初始参数优化设计方法。面向飞行器末端高动态打击需求,采用落角约束下的滑模变结构导引律进行实时弹道成型,进而考虑末制导初始参数的不确定性。以落点有效毁伤半径概率和落点圆概率偏差为多优化目标,建立基于不确定性的末制导初始参数及制导律参数优化模型。针对这一不确定性优化模型,研究利用高效全局优化和蒙特卡洛方法,给出末制导初始参数及制导律参数的最优设计方案。仿真结果表明:该方法能显著提升落点精度,为方案设计阶段飞行器末制导交接点的选取提供决策支持。

关键词：末制导多目标优化不确定性优化高效全局优化

基于不确定性的飞行器分离可靠性建模与分析方法

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宇航学报 2019年第4期40卷 378-385页

作者：张海瑞王浩王尧洪东跑中国运载火箭技术研究院北京100076

为实现飞行器分离任务可靠性的定量分析和高效精确评估,研究了高超声速飞行器分离任务过程中各种不确定性因素对分离可靠性的影响,提出一种基于不确定性的飞行器分离可靠性建模与分析方法。面向高超声速飞行器分离任务需求,建立分离动... 详细信息

为实现飞行器分离任务可靠性的定量分析和高效精确评估,研究了高超声速飞行器分离任务过程中各种不确定性因素对分离可靠性的影响,提出一种基于不确定性的飞行器分离可靠性建模与分析方法。面向高超声速飞行器分离任务需求,建立分离动力学仿真模型,综合考虑分离过程不确定性因素的影响,利用灵敏度分析方法识别主要不确定性因素,构建分离可靠性模型。针对此模型,提出一种改进主动学习Kriging(IAK)的分离可靠性分析方法,通过新的采样策略选取失效概率更大的采样点作为新增训练点,进行高效可靠性分析。实例结果表明,该方法能够准确描述不确定性因素对分离过程的影响,提升分离可靠性定量分析的精度和效率,为飞行器分离方案的精细化设计提供支撑。

关键词：飞行器分离不确定性可靠性分析主动学习Kriging 可靠性建模

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基于变可信度模型的飞行器翼结构模态分析

宇航学报 2023年第10期44卷 1496-1502页

作者：张海瑞李先航方伟光吴志培洪东跑中国运载火箭技术研究院北京100076

针对飞行器翼结构的模态快速分析需求,通过研究翼结构几何参数对其模态频率的影响,提出了一种基于变可信度模型的飞行器翼结构模态分析方法。结合翼结构几何模型和有限元模型,采用变可信度模型来描述结构几何参数对模态的影响;针对有限... 详细信息

针对飞行器翼结构的模态快速分析需求,通过研究翼结构几何参数对其模态频率的影响,提出了一种基于变可信度模型的飞行器翼结构模态分析方法。结合翼结构几何模型和有限元模型,采用变可信度模型来描述结构几何参数对模态的影响;针对有限元仿真样本不足的问题,提出了基于序贯加点策略的变可信度模型建模方法,并结合数值算例分析了序贯建模方法的有效性。以飞行器典型梯形翼为应用对象,序贯建模方法能更准确地预测不同尺寸的翼结构模态频率,前3阶模态频率预测偏差在6%以下;利用变可信度模型能够快速分析几何参数对模态频率的影响,为飞行器翼结构设计提供支撑。

关键词：飞行器翼结构模态分析变可信度模型序贯采样

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重复使用航天运输系统设计与评估

科学通报 2020年第9期65卷 764-770页

作者：闻悦马婷婷郑平军张静王飞蔡巧言中国运载火箭技术研究院北京100076

航天运输技术是体现国家航天实力的重要标志,是实现进出空间的重要基础.经过几十年的发展,一次性运载火箭技术已经相对成熟,但仍面临着高可靠、高安全、低成本、快速发射、提升运载能力等挑战.重复使用航天运输系统是指能够实现往返于... 详细信息

航天运输技术是体现国家航天实力的重要标志,是实现进出空间的重要基础.经过几十年的发展,一次性运载火箭技术已经相对成熟,但仍面临着高可靠、高安全、低成本、快速发射、提升运载能力等挑战.重复使用航天运输系统是指能够实现往返于宇宙空间和地球之间,或在外层空间轨道之间飞行,执行任务后可返回地面,并可以多次使用的航天运输系统,如图1所示.重复使用航天运输系统技术的发展一直是航天运输领域研究的热点和难点.通过采用重复使用设计理念和简易发射方式,能够有效缩短发射周期、提高发射灵活性,同时基于多次重复使用、费用均摊的原则,可以大幅降低发射费用,最终实现低成本自由进出空间、高效利用空间、和平开发空间.

关键词： space transportation reusable launch vehicle test and maintenance prognostics and health management

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导弹模态试验中双模态现象的分析与仿真验证

振动．测试与诊断 2022年第4期42卷 749-755,828页

作者：商霖张海瑞宋志国中国运载火箭技术研究院北京100076

针对导弹模态试验中出现的主振偏角较大的“双模态”现象,采用三分段法构建了用于模拟导弹模态试验系统的壳⁃梁⁃质量⁃弹簧单元组合有限元模型。通过试验分析与仿真模拟,提出并论证了导弹模态主振偏转的主要原因是舱段间对接面连接刚度... 详细信息

针对导弹模态试验中出现的主振偏角较大的“双模态”现象,采用三分段法构建了用于模拟导弹模态试验系统的壳⁃梁⁃质量⁃弹簧单元组合有限元模型。通过试验分析与仿真模拟,提出并论证了导弹模态主振偏转的主要原因是舱段间对接面连接刚度方向偏离了象限线。依据试验分析结果,提出了影响导弹模态特性的相关结论。根据仿真模拟结果,得到了主振模态偏转的两个前提性条件。从工程应用的角度,给出了模态参数的使用说明,建议了舱段对接面的设计和位置。研究结果对导弹双模态现象的规避和消弱具有一定的工程指导意义。

关键词：双模态现象象限线主振方向模态偏转连接刚度

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飞行器总体不确定性建模与优化设计方法

宇航学报 2023年第4期44卷 486-495页

作者：张海瑞王浩王尧洪东跑中国运载火箭技术研究院北京100076

针对考虑不确定性的飞行器总体设计迭代周期长、优化困难等问题,提出一种基于裕度量化解耦策略的飞行器总体不确定性建模与优化设计方法。首先采用主动学习策略开展基于优化加点Kriging的阈值不确定性分析,实现了不确定性裕度的高效求... 详细信息

针对考虑不确定性的飞行器总体设计迭代周期长、优化困难等问题,提出一种基于裕度量化解耦策略的飞行器总体不确定性建模与优化设计方法。首先采用主动学习策略开展基于优化加点Kriging的阈值不确定性分析,实现了不确定性裕度的高效求解。进而提出一种适用于飞行器总体设计的裕度量化解耦策略,将双层嵌套的不确定性优化问题解耦为确定性优化与不确定性分析过程顺序执行,高效给出满足概率约束的优化设计方案。该方法解决了传统解耦方法采用嵌入式算法而导致的工程应用困难的问题。通过非线性多约束数值案例以及滑翔飞行器工程案例,验证了该方法能够在保证精度的前提下,提高不确定性优化设计效率。

关键词：飞行器总体设计不确定性优化设计 Kriging模型主动学习策略

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基于热/力试验的折叠舵连接刚度与颤振分析

航空学报 2023年第14期44卷 178-194页

作者：任浩源王毅王亮周剑波常汉江蔡毅鹏雷豹张炜群中国运载火箭技术研究院北京100076

为了适装新型发射平台和进一步提高射程能力,高速飞行器需要采用折叠翼/舵的方案。高速飞行器面临的严酷高温环境和时变气动载荷条件,使折叠舵的结构动力学特性更加复杂,给开展折叠舵极端条件下热气动弹性特性的准确分析带来严峻挑战。... 详细信息

为了适装新型发射平台和进一步提高射程能力,高速飞行器需要采用折叠翼/舵的方案。高速飞行器面临的严酷高温环境和时变气动载荷条件,使折叠舵的结构动力学特性更加复杂,给开展折叠舵极端条件下热气动弹性特性的准确分析带来严峻挑战。本文构建了综合考虑温度、载荷、机构间隙和摩擦特性等因素的折叠机构力学模型,通过非线性有限元分析获得了不同因素影响下的连接刚度,并开展常温和高温试验验证研究。基于固有模态对结构进行降维简化,基于修正的三阶活塞理论建立了气动力模型,采用准定常模型对特定飞行剖面的颤振特性进行评估。基于Abaqus结构模型和STAR-CCM+气动模型,开展了时域响应分析。结果表明:常温和高温条件下,折叠机构转动刚度的计算结果与试验结果整体相对误差小于10%,具有较好的一致性,验证了模型的准确性和可用性;采用CFD与CSD耦合计算方法获得的临界颤振速度低于采用修正的三阶活塞理论结果,CFD/CSD耦合计算方法更加保守。本文建立的方法可为飞行器舵面颤振特性进行有效预示,对新型高速飞行器设计具有重要指导作用。

关键词：折叠舵热/力联合试验颤振非线性分析连接刚度

T型橡胶减振器非线性特性分析与预压缩量设计

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哈尔滨工业大学学报 2023年第8期55卷 72-78页

作者：商霖张海瑞宋志国孙向春金晶中国运载火箭技术研究院北京100076

为研究T型橡胶减振器的结构型式和材料性能对其非线性动力学特性的影响,并提高其对飞行环境的适应能力,改善其在恶劣环境下的使用性能,提出了一种含分段线性刚度及阻尼和立方刚度的双层级非线性动力学模型。首先,对T型橡胶减振器进行了... 详细信息

为研究T型橡胶减振器的结构型式和材料性能对其非线性动力学特性的影响,并提高其对飞行环境的适应能力,改善其在恶劣环境下的使用性能,提出了一种含分段线性刚度及阻尼和立方刚度的双层级非线性动力学模型。首先,对T型橡胶减振器进行了简化建模,并采用等价线性化方法,推导得到了分段线性系统的等效刚度和等效阻尼。其次,利用谐波平衡法分别数值模拟了等幅值外力载荷正弦扫频激励下分段线性刚度系统和立方刚度系统的非线性频响函数,验证了构建模型的有效性。最后,进行了T型橡胶减振系统在基础位移正弦扫频条件下的传递特性试验,并与数值计算结果进行了比对。研究结果表明,针对T型橡胶减振器,较低激励载荷即可导致结构型式的渐进软化,较高激励载荷才能引发材料性能的动态软化;该模型能够较好的模拟T型橡胶减振器具有的渐软刚度和渐小阻尼的非线性特性。此外,从航天工程应用的角度出发提出了针对大过载、强振动环境进行预压缩量设计的方法。

关键词： T型减振器非线性动力学模型等效刚度频响函数传递特性

捷联惯组减振系统角振动固有频率预示及不确定性分析

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中国惯性技术学报 2021年第5期29卷 611-616页

作者：王乐蔡毅鹏常汉江中国运载火箭技术研究院北京100076

为开展捷联惯组减振系统优化设计,提出了捷联惯组减振系统角振动固有频率预示方法。建立了某捷联惯组减振系统简化动力学模型,对其动力学特性进行分析,试验验证结果表明,角振动固有频率预示结果与试验结果的相对偏差为-3.8%,预示结果与... 详细信息

为开展捷联惯组减振系统优化设计,提出了捷联惯组减振系统角振动固有频率预示方法。建立了某捷联惯组减振系统简化动力学模型,对其动力学特性进行分析,试验验证结果表明,角振动固有频率预示结果与试验结果的相对偏差为-3.8%,预示结果与试验结果接近。进一步,为获取捷联惯组减振系统角振动固有频率的概率分布,考虑减振器刚度的随机分布,将蒙特卡罗方法与核密度估计法结合,开展了角振动固有频率的参数不确定性分析。通过仿真获得了不同样本组数的角振动固有频率变异系数与减振器刚度变异系数的量化关系,为惯组减振器刚度离散程度的量化控制及角振动固有频率的偏差设计提供了依据。

关键词：捷联惯组减振系统角振动固有频率不确定性