摘要：基于遥感卫星的掩星观测技术被广泛用于地球大气中的温室气体浓度监测。与传统光学观测不同,掩星观测需由“信源星”和“观测星”协作、在满足严格观测几何约束下才能完成,这使得掩星观测的轨道设计问题更加困难。为提升掩星观测能力,提出一种基于高精度回归共振的掩星观测轨道设计方法。首先,将掩星观测几何约束从切点高度约束等价转化为地心夹角约束,实现对任意轨道构型下连续掩星观测弧段和覆盖能力的快速评估。然后,利用回归和共振轨道特性,建立了大样本的“信源-观测”轨道构型库,为掩星观测轨道设计提供基础解集。最后,以对主要碳排放区域的覆盖能力作为主要性能指标进行寻优,并利用微分修正构造J2摄动下的高精度回归共振观测构型,完成掩星观测信源星和观测星的轨道设计。结果表明:所给高精度回归共振掩星观测轨道构型,不仅保证了周期性长弧段的掩星观测,还实现了观测几何的长期稳定保持。所提方法成功用于第8届中国研究生未来飞行器创新大赛“碳卫星大气观测轨道设计与优化”挑战赛,并摘得了该赛事的冠军。

摘要：为提高泡沫铝填充薄壁金属圆管的吸能特性并进行高效率结构设计,基于均匀拉丁超立方试验设计方法和径向基函数神经网络,构建轴向冲击下泡沫铝填充铝管吸能特性的近似模型,并将近似模型嵌入遗传算法中实现构件的结构优化。研究结果表明:基于径向基函数神经网络构建的近似模型的拟合优度大于0.99、均方根误差小于0.08,且近似模型的计算耗时仅为数值计算的0.56%;近似模型在保证较高精度的同时可大幅提高计算效率;对泡沫铝填充铝管的结构优化发现,通过增大圆管半径和壁厚、减小高度可使泡沫铝填充铝管的平均压缩力最大化,反之,可使泡沫铝填充铝管的峰值压缩力最小化;基于遗传算法的多目标优化显著提高了泡沫铝填充铝管的吸能特性;该研究成果可为泡沫铝填充薄壁金属圆管的快速设计和优化提供参考。

摘要：水下航行器的传统涂覆层主要依赖于材料更新及结构优化,难以应对低频主动声波探测。基于超磁致伸缩材料设计一款轻质、薄型、耐高压的低频宽带水声发射单元,着重分析核心部件的设计优化过程,并由PSV-400激光测振仪验证有限元仿真结果。对辐射面板固定方式的模态进行分析,确定主动发射单元的最优边界约束条件。与原始构型的发射单元性能进行对比发现:在水声发射保持良好指向性的前提下,基于有限元分析2000 Hz以下的最高共振频率降低超过10%;基于声振耦合分析主动发射单元在低频范围内辐射声源级最大为147.48 dB,提高4.65%;发射单元声源级高于100 dB的频率带宽超过1500 Hz,且声功率级更高。该发射单元可为后期阵列式应用于大尺度声学覆盖层提供技术支持,具有一定的学术研究价值与广阔的工程应用前景。

摘要：为大幅度提高导弹的超大角度机动能力,提出一种新型迅捷弹箭多源力组合控制方法。首先通过在传统直接力/气动力复合控制敏捷导弹尾部加装一类柔性可控伞,设计一种新型弹箭构型,然后基于合理假设将柔性可控伞简化为作用在敏捷导弹尾部的可控柔性力,并给出可控柔性力大小、方向、驱动机构动态响应特性的量化描述方法,进而建立铅垂平面内引入可控柔性力的动力学模型,最后针对强耦合、强不确定性、快时变性、强非线性的多输入多输出系统,设计柔性力/直接力/气动力复合控制律,实现了新型弹箭的迅捷转向。通过仿真验证了所提方法的合理性和有效性,并与传统敏捷导弹进行仿真对比,验证了所提方法有利于提高超大角度机动能力。

摘要：针对复杂地形环境、存在各种威胁和约束的无人机航迹规划问题,提出了一种基于ε-level改进蝙蝠算法的航迹规划算法。根据无人机目标函数和约束条件,建立无人机三维航迹规划模型;其次,针对蝙蝠算法处理高维带约束问题存在的早熟现象,设计了自适应权重系数和迭代阈值以平衡算法的探索能力和开发能力,并结合ε-level比较策略提高算法对非凸非线性约束优化问题的处理能力;设计了转弯半径可变的Dubins曲线用来对航迹进行平滑处理并解决2个航迹点连线贯穿地形的问题。通过仿真实验,并与蝙蝠算法、粒子群优化算法、ε-level粒子群优化算法和ε-level差分进化算法相比较,所提算法在开发能力、稳定性和成功率等方面都表现出较优的性能。

摘要：为大幅度提高弹箭的超大角度机动能力,提出一种新型迅捷弹箭动力学建模与姿态控制方法。通过在传统直接力/气动力复合控制敏捷弹箭尾部加装一类柔性可控圆伞,设计一种新型弹箭的几何构型,并划分新型迅捷转向的三个阶段。为回避牛顿欧拉力学在多体动力学建模过程中求解复杂约束力带来的一系列问题,以拉格朗日力学为基础,选取弹箭的位置、姿态和伞的姿态作为广义坐标,推导系统的动能,求解系统的广义力,建立以弹箭为主体的铅垂平面4自由度动力学模型。针对具有快时变性、强不确定性、强非线性等特点的柔性力/直接力/气动力复合控制律设计问题,建立系统姿态跟踪误差的状态方程,基于非奇异终端滑模面和双幂次趋近律设计具有有限时间收敛特性的姿态控制器,利用扩张状态观测器消除内外扰动对系统造成的负面影响,抑制抖振。通过仿真验证了新方法的合理性和有效性,并与传统敏捷弹箭进行仿真对比,验证了新方法有利于减小转弯半径、缩短转弯时间、减少能量消耗。

摘要：针对长航程飞行器打击低速舰船目标的问题,提出一种基于滚动序列凸优化算法的中段航迹快速规划算法。使用滚动规划框架将航迹更新问题转化为初始与终端位置更新后的单次航迹规划子问题,构造多约束凸优化问题并使用序列凸优化算法求解。提出滚动规划周期收缩策略,减少航迹更新次数。设计了一种改进参考航迹生成算法并使用了信赖域自适应收缩策略,在保证规划效果的同时有效提高计算速度。仿真结果表明,该算法规划效果优良,可满足在线规划的要求,且与一般的滚动序列凸优化航迹规划算法相比速度更快。

摘要：对于设计马赫数为3的固冲发动机,用二维数值模拟的方法研究了一次燃气流量可调,即背压变化的范围较大的进气道,在不同位置设置抽吸孔对进气道不起动马赫数、抗反压能力以及总压恢复系数的影响。在内压缩段设置抽吸孔使进气道的不起动马赫数由2.7降低为2.4,抗反压能力提高了12.28%;外压缩段抽吸使进气道的不起动马赫数由2.7降为2.6,抗反压能力没有提高;而喉道段抽吸的进气道抗反压能力提高了11.24%,不起动马赫数没有变化。内压缩段和喉道段抽吸可以在一定工况下提高总压恢复,尤其是喉道段抽吸可以提高超额定工况下的总压恢复系数。最后提出了一种提高进气道在马赫数为3~5工况下运行的性能提升方案,在马赫数为4~5工况下总压恢复平均提高了5%左右。

摘要：针对复杂作战环境中无人机的追逃博弈问题,建立了其马尔科夫模型,采用零和博弈思想,设计了追逃双方的奖励函数。构建了集中训练-分布执行的多智能体深度确定性强化学习算法(MADDPG)的训练流程,求解得到追逃博弈的纳什均衡解。针对以追逃双方初始位置等高维向量构成的捕获域(逃逸域)难以解析表征的问题,在MADDPG博弈网络基础上,结合深度对比学习算法,通过构建和训练孪生神经网络,实现了对高维捕获域(逃逸域)的间接表征。仿真结果表明,MADDPG算法可以有效求出给定条件下的无人机追逃博弈的纳什均衡解,同时,对比学习算法结合收敛的MADDPG网络对高维的捕获域(逃逸域)表征的正确率达到95%。

摘要：现代战争中,战场环境复杂多变,需要弹箭具备快速大角度机动转弯能力。然而,传统的气动舵无法满足弹箭类飞行器超90°的高机动转弯需求。本文创新性地提出了一种新型柔性控制机构——大尺度可展开可变构型的十字型柔性控制面,用于产生超量气动控制力,实现弹箭的迅捷机动转弯;同时对一个缩比1∶5的可变构型十字型柔性控制面所产生的气动控制力进行了风洞试验。试验结果显示,通过在不同挂载点位收缩控制绳的方式下,相比于没有构型改变的对称构型十字型柔性控制面,改变构型的十字型柔性控制面可以基本稳定在收缩控制绳的挂载点位一侧,不再出现旋转、摆动,这一结果说明改变构型的十字型柔性控制面可以产生较稳定的径向控制力;对变构型的十字型柔性控制面的气动控制力测量值进行定量分析,进一步确认了柔性面气动控制力的指向性;在来流[Math Processing Error],控制绳收缩比为0.9的情况下,产生了气动力系数为0.29~0.34的可用径向控制力。研究结果确认了变构型十字型柔性面控制力的可用性,为进一步研究柔性控制力的气动特性、变构型控制策略设计提供了基础。