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基于动态逆分数阶PI^(λ)D^(μ)的高速飞行器控制器设计

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飞行力学 2024年第1期42卷 39-43页

作者：赵鹏飞樊轶秦昌茂中国运载火箭技术研究院北京100076

为提高高速再入飞行器的控制品质,开展了基于非线性动态逆解耦技术及分数阶PI^(λ)D^(μ)(FOPID)的控制技术研究。首先,在时标分离的基础上,建立了飞行器高速无动力再入模型。在此基础上,设计了动态逆分数阶PI^(λ)D^(μ)控制器进行了... 详细信息

为提高高速再入飞行器的控制品质,开展了基于非线性动态逆解耦技术及分数阶PI^(λ)D^(μ)(FOPID)的控制技术研究。首先,在时标分离的基础上,建立了飞行器高速无动力再入模型。在此基础上,设计了动态逆分数阶PI^(λ)D^(μ)控制器进行了三通道解耦控制。仿真结果表明,相对于传统PID控制器,动态逆分数阶PI^(λ)D^(μ)控制器具有超调量小、响应快、稳态误差小等优点,以及良好的控制品质和鲁棒性,有利于高速飞行器的稳定控制。

关键词：分数阶PI^(λ)D^(μ) 时标分离高速飞行器动态逆

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高马赫数气动热环境数据融合方法与展望

空天技术 2024年第3期2024卷 33-41页

作者：王润刘晋张青青尹琰鑫屈强北京宇航系统工程研究所中国运载火箭技术研究院

介绍了目前高马赫数飞行器气动热研究面临的问题以及研究方法，分析了工程计算、数值模拟和风洞试验等常用评估手段的优劣，并以当前方法的局限性为切入点，引出了机器学习和数据融合方法在气动热领域的应用。汇总了当前气动热领域的数... 详细信息

介绍了目前高马赫数飞行器气动热研究面临的问题以及研究方法，分析了工程计算、数值模拟和风洞试验等常用评估手段的优劣，并以当前方法的局限性为切入点，引出了机器学习和数据融合方法在气动热领域的应用。汇总了当前气动热领域的数据融合研究成果，将应用方向大致分为湍流模型优化、气动热快速评估、不确定度辨识和天地相关性研究三类。虽然目前气动热领域的数据融合仍处于探索阶段，但是鉴于气动热设计过程中产生了大量的多源数据，为数据融合的发展提供了广阔的应用空间。将气动热环境设计与数据融合方法相结合，既有助于提升数据库计算效率，也可以归纳并发掘新的机理，推进气动专业领域发展。

关键词：高马赫数气动热机器学习数据融合飞行器

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定载荷条件下树脂基材料高温收缩量实时测量

兵工学报 2024年第10期 3577-3584页

作者：王丽燕高扬陈伟华刘波徐芸张亮中国运载火箭技术研究院空间物理重点实验室

为研究树脂基材料高温收缩量，提出一种测量定载荷条件下复合材料高温收缩量的方法，根据此方法自行设计搭建了复合材料高温收缩过程试验测量装置。以不同树脂基复合材料为研究对象，进行定载荷条件下树脂基复合材料高温收缩过程试验测... 详细信息

为研究树脂基材料高温收缩量，提出一种测量定载荷条件下复合材料高温收缩量的方法，根据此方法自行设计搭建了复合材料高温收缩过程试验测量装置。以不同树脂基复合材料为研究对象，进行定载荷条件下树脂基复合材料高温收缩过程试验测量，获得碳板热面处及压头冷面处位移变化，得出树脂基复合材料的高温收缩量及冷却后收缩量。研究结果表明：试验装置能够实现定载荷条件下树脂基材料高温收缩量实时测量；无论加热过程或冷却后，试验件最大变形绝对量不超过0.37 mm;加热过程中编织石英酚醛复合材料最大变形率不超过6.43‰,石英杂化酚醛复合材料最大变形率不超过3.76‰;冷却后编织石英酚醛复合材料最大变形率不超过4.57‰,石英杂化酚醛复合材料不超过6.87‰;试验结果验证了该测量方法的正确性及有效性，并为该类材料的高温收缩及匹配分析提供了基础物性数据。

关键词：树脂基复合材料定载荷高温收缩量试验测量

考虑随机和认知混合不确定性的CFD模型修正方法

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北京航空航天大学学报 2024年第7期50卷 2343-2353页

作者：李泽贤马梦颖武健辉熊芬芬王博民北京理工大学宇航学院北京100081 中国运载火箭技术研究院研发中心北京100076

针对随机和认知混合不确定性下的CFD模型修正问题,提出了一种融合混合不确定性量化、全局灵敏度分析、参数修正的模型修正架构,建立了基于证据理论的混合不确定性量化方法,在此基础上构建了基于概率包络面积变化率的混合不确定性灵敏度... 详细信息

针对随机和认知混合不确定性下的CFD模型修正问题,提出了一种融合混合不确定性量化、全局灵敏度分析、参数修正的模型修正架构,建立了基于证据理论的混合不确定性量化方法,在此基础上构建了基于概率包络面积变化率的混合不确定性灵敏度分析指标,提出了基于似然样本策略的参数修正方法。针对三维机翼ONERA M6的CFD数值模拟,在考虑湍流模型封闭系数认知不确定性和来流条件随机不确定性的情况下,通过混合不确定性量化得到升力系数的概率分布包络,并开展全局灵敏度分析发掘影响较大的封闭系数,降低模型修正的复杂度和计算量,并根据似然样本策略对关键系数加以修正。经过参数迭代修正,修正后的CFD仿真结果与试验数据高度吻合,证明了提出的CFD模型修正方法的有效性。

关键词：混合不确定性模型修正证据理论灵敏度分析湍流模型

基于助推器无控再入稳定性分析的落点预示方法

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兵器装备工程学报 2024年第8期45卷 81-86页

作者：张意国赵长见高峰李玉龙中国运载火箭技术研究院北京100076 96901部队北京100094

运载火箭助推器分离后的落点预示对于安全区的管控及回收系统的设计十分重要,然而助推器再入过程由于失去姿态控制能力导致姿态运动范围大、运动规律复杂,传统型号往往采用极限偏差组合或六自由度打靶的手段来进行助推器落点范围的预示... 详细信息

运载火箭助推器分离后的落点预示对于安全区的管控及回收系统的设计十分重要,然而助推器再入过程由于失去姿态控制能力导致姿态运动范围大、运动规律复杂,传统型号往往采用极限偏差组合或六自由度打靶的手段来进行助推器落点范围的预示,存在预示范围过大、预示方法对落点预示范围正向设计指导意义不足的问题。采用一种基于非线性动平衡理论的分析方法,分析助推器无控再入过程三通道耦合姿态运动动态稳定特性,辨识固有周期性姿态运动模态,针对有限固有模态建立等效质点运动受力建模,快速、精确分析助推器分离后的落点范围,并能够对助推器特征参数对落区范围影响进行灵敏度分析,指导落区范围正向设计。仿真结果表明:该方法相较极限偏差组合法大幅提升助推器落点预示精度,相较六自由度打靶法更高效、更具有设计指导意义,为火箭助推类飞行器的航区安全性设计提供了重要支撑。

关键词：非线性动平衡模态辨识助推器无控落点预示

湿热环境苯基阻尼硅橡胶加速老化与寿命预测研究

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宇航材料工艺 2024年第2期54卷 130-135页

作者：张欢徐弘达许文赵云峰航天材料及工艺研究所北京100076 中国运载火箭技术研究院北京100076

研究了苯基阻尼硅橡胶的湿热老化过程,重点考察了其拉伸性能、阻尼性能和压缩回弹性能。对于拉伸性能,实验研究表明材料拉伸模量和100%定伸应力均随着温度或者湿度的上升而逐渐提高。对于阻尼性能,损耗系数随着温度或者湿度的上升而逐... 详细信息

研究了苯基阻尼硅橡胶的湿热老化过程,重点考察了其拉伸性能、阻尼性能和压缩回弹性能。对于拉伸性能,实验研究表明材料拉伸模量和100%定伸应力均随着温度或者湿度的上升而逐渐提高。对于阻尼性能,损耗系数随着温度或者湿度的上升而逐渐下降。对于压缩回弹性能,压缩永久变形随着温度或者湿度的上升而逐渐上升。另外,温度对苯基硅橡胶性能的影响大于湿度。这主要归因于老化过程中同时发生了侧基氧化和水解,进而导致分子链交联和断裂同时发生。相比于分子链断裂,分子链交联占据了主导作用。最后,采用Peck模型预测了不同温湿度环境下苯基硅橡胶的贮存寿命。由于阻尼性能决定了苯基硅橡胶的减振性能,因此将损耗系数作为评价特征参数。结果表明,在25℃下,当相对湿度在80%~40%间变动时,苯基硅橡胶的寿命在18~39 a间变化。此研究有助于进一步理解苯基硅橡胶的老化过程,并且提供了不同湿热环境下苯基阻尼硅橡胶寿命预测的方法。

关键词：苯基阻尼硅橡胶损耗系数湿热加速寿命预测

面向智能运维的装备数字孪生体构建与应用研究

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宇航学报 2024年第6期45卷 854-865页

作者：洪东跑方伟光李浩师娇中国运载火箭技术研究院北京100076 中南大学交通运输工程学院长沙410075

面向未来战争的高动态变化、复杂不确定性及严酷作战环境,亟需提高装备运维保障的智能化水平,全面提升任务行动的精准执行、保障资源的高效协同及装备状态的快速恢复能力。通过开展面向智能运维的装备数字孪生体构建与应用研究,提出装... 详细信息

面向未来战争的高动态变化、复杂不确定性及严酷作战环境,亟需提高装备运维保障的智能化水平,全面提升任务行动的精准执行、保障资源的高效协同及装备状态的快速恢复能力。通过开展面向智能运维的装备数字孪生体构建与应用研究,提出装备数字孪生体“形-性-行”一体化建模技术,将数字孪生体作为装备对象同步映射、异步成长的“生命体”,并从装备“形-性-行”三个维度表征物理对象的几何外形、机理特性与任务行为,构建面向智能运维的装备数字孪生体。其次,结合数字孪生体在装备运维任务过程中的实际应用,开发装备数字孪生智能保障系统,并以武器装备为应用对象,探究数字孪生体在装备状态监控、故障诊断及维修保障等典型任务过程中的应用模式,以验证数字孪生技术在装备智能运维领域的有效性与可行性。

关键词：数字孪生智能运维 “形-性-行”模型武器装备

不同燃料RBCC发动机飞/发一体化性能对比分析

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航空动力学报 2024年第8期39卷 356-366页

作者：杜金峰贾琳渊陈玉春郑思行郑尚喆西北工业大学动力与能源学院西安710072 中国运载火箭技术研究院研究发展部北京100076

为了研究不同燃料对火箭基组合循环(rocket based combined cycle,RBCC)发动机总体性能的影响,建立了RBCC发动机准一维总体性能仿真模型,分别研究了以液氧煤油、过氧化氢煤油、液氧甲烷和液氧液氢为燃料的RBCC发动机推力和比冲性能。结... 详细信息

为了研究不同燃料对火箭基组合循环(rocket based combined cycle,RBCC)发动机总体性能的影响,建立了RBCC发动机准一维总体性能仿真模型,分别研究了以液氧煤油、过氧化氢煤油、液氧甲烷和液氧液氢为燃料的RBCC发动机推力和比冲性能。结合飞/发一体化性能分析模型,研究了不同燃料发动机性能对完成飞行任务能力的影响。结果表明:氢燃料RBCC发动机引射模态推力是煤油燃料RBCC发动机的1.3倍;氢燃料RBCC动力飞行器巡航距离最远,为4 470 km;相同的飞行器参数下,过氧化氢煤油燃料RBCC动力飞行器机动性最大。本方法可为RBCC发动机总体性能方案设计和燃料选取提供参考。

关键词： RBCC发动机飞/发一体化煤油甲烷氢发动机性能

基于深度确定性策略梯度学习的多飞行器协同航迹规划

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飞行力学 2024年

作者：李亚辉黄建友王辰琳周国峰韦常柱中国运载火箭技术研究院哈尔滨工业大学

针对多飞行器协同规划需求，提出了一种基于深度强化学习框架的在线航迹规划方法。根据航迹规划的目标和约束条件构建强化学习基本元素，使航迹规划智能体在随机初始化的不同环境中探索，并通过确定性策略梯度算法逐步改善规划策略。仿... 详细信息

针对多飞行器协同规划需求，提出了一种基于深度强化学习框架的在线航迹规划方法。根据航迹规划的目标和约束条件构建强化学习基本元素，使航迹规划智能体在随机初始化的不同环境中探索，并通过确定性策略梯度算法逐步改善规划策略。仿真结果表明，经70000次训练后智能体奖励值收敛；针对协同侦察、汇合、快速到达等不同任务需求，所提方法可在4 s内规划出满足约束的可行路径，具有较好的工程应用前景。

关键词：飞行器集群航迹规划算法深度强化学习协同规划