摘要：载人登月转移轨道具有飞行时间长,动力学模型复杂,非线性强且变系数的特点,而载人登月工程对转移轨道可靠性要求极高,研究地月转移轨道偏差传播机理和轨道稳健性设计不仅具有工程意义,更具有探索地月空间复杂引力场对轨道偏差作用的科学意义.本文首先分析了日地月中心引力和地球J2项摄动等主要作用力对转移轨道偏差的作用范围与影响大小,其次提出了一种基于标称轨道数据的变系数非线性动力学系统偏差传播机理解析分析方法,最后构建了基于偏差传播矩阵的转移轨道稳健性评价指标,并基于NSGA-II(Nondominated Sorting Genetic Algorithms)算法求解了载人登月转移轨道稳健性优化设计问题.仿真结果表明,本文提出的偏差传播机理分析方法能快速准确地求解出载人登月转移轨道偏差传播矩阵,利用偏差传播矩阵进行协方差分析和中途修正脉冲计算是简单准确的,考虑稳健性的转移轨道优化设计可以提高标称轨道品质.

摘要：以浮球式惯导平台的悬浮稳定为研究对象,全面分析了平台的干扰特性,建立了液浮支撑模型,推导了在受扰条件下稳定部件的六自由度运动方程.针对外部环境、流场阻力、模型参数不确定、未建模动态和测量噪声等干扰问题,设计了基于高增益扩张观测器的滑模控制器.数值仿真表明,液浮稳定结构可以有效隔离外界干扰的影响,提高平台的抗干扰能力;所提出的控制方法可以有效抑制系统的抖振,实现平台的高精度快速稳定控制.与前期的研究相比,控制器的动态响应和稳定性能提升了50%.

摘要：高超声速后台阶流动是大气层内高速飞行器发动机设计、表面热防护以及高超声速拦截器红外成像窗口气动光学效应校正等诸多先进高超声速技术研发过程中所涉及的一类基础流动问题.研究高超声速后台阶流动特性对有效提升飞行器综合性能,进一步掌握高超声速流动机理具有重大基础意义.本文以二维高超声速后台阶流动为研究对象,在KD-01高超声速激波风洞中测量了二维后台阶模型表面传热系数和表面静压,并将实测台阶下游表面传热系数分布同采用高超声速边界层理论所得估计值进行了比较.为进一步验证实验结果,使用NPLS技术测量了其中一种实验状态下台阶周围流动结构.研究发现,对于二维高超声速后台阶流动,台阶下游表面传热分布受台阶处边界层外缘流动特性的直接影响;在台阶下游分离区和再附区内,气体黏性占主导作用;在台阶下游远场区域,边界层流动特性趋同于平板边界层;下游边界层基本结构取决于台阶处边界层相对厚度.对高超声速后台阶流动,若使用数值模拟方法研究气动热问题,应当使用湍流模型.

摘要：针对高超声速飞行器高速俯冲飞行段制导控制系统设计问题,建立了俯冲飞行段制导控制一体化低阶设计模型,提出了一种新颖的六自由度(6DoF)制导控制系统设计方法。基于目标-飞行器三维空间相对运动模型和坐标系转移关系建立了三维全耦合俯冲相对运动模型,推导得到了飞行器加速度在弹道坐标系三轴的分量与飞行器三通道角速率间的解析模型,进而结合飞行器绕质心动力学模型建立了以气动舵偏角为控制输入的俯冲飞行段制导控制一体化低阶设计模型。该制导控制一体化低阶设计模型降低了俯冲飞行段制导控制系统的模型阶数,减少了六自由度制导控制系统的设计参数,省略了传统设计方法中根据期望过载反求气动欧拉角的过程;同时利用解析模型替代了传统方法中姿态控制环路的跟踪控制过程,简化了制导控制系统的设计流程,为制导控制一体化设计提供了一种新的分析思路。数值仿真结果验证了本文提出的制导控制一体化设计方法的有效性和鲁棒性。

摘要：由于恒星具有很高的姿态精度,使得观星标定成为星敏感器相机参数标定中不可缺少的一种方法.针对高阶非线性畸变情况下的星敏感器相机参数标定问题进行研究,基于星间距的不变性建立了一个两步标定模型.设计了一个紧致的递归均值滤波器来进行参数估计,该滤波器可以在不显著增加计算量的情况下提高参数估计的精度.实验结果表明,相比已有方法,所提出的方法能够实现更高精度的星敏感器相机标定.

摘要：针对高超声速飞行器俯冲飞行段制导与姿态控制问题,建立基于飞行器加速度分量的三通道角速率解算模型,提出一种新颖的制导控制系统设计方法。建立高超声速飞行器俯冲段六自由度(6DOF)质心和绕质心动力学与运动模型,以目标-飞行器三维(3D)空间相对运动模型为基础,利用终端滑模控制方法和零化视线(LOS)角速率原理得到飞行器期望过载进而解算对应的俯仰、偏航和滚转角速率指令;姿控系统基于滑模控制理论完成该三通道角速率指令的跟踪并生成飞行器舵偏指令;该方法以解析模型替代传统姿控系统设计中欧拉角指令的跟踪回路,可有效降低制导与姿控系统阶数并减少控制系统设计参数,同时省略了根据气动系数反求欧拉角指令的过程;仿真结果显示,该方法能保证高超声速飞行器(GHV)精确命中地面固定目标,且俯冲飞行过程中各项状态变量均稳定可控。

摘要：针对探月飞船跳跃式再入第一次再入能量管理问题,设计了一种能量管理方法。首先,采用大倾侧角再入,快速进入能量管理阶段;然后,对能量耗散速度进行控制,并预估跃起点的能量以确定飞船的跃起时机;最后,在能量管理结束后按设计指令过渡到跃起点。为检验能量管理方法的有效性及鲁棒性,基于标准轨迹法设计制导律,并进行仿真分析。仿真结果表明,该能量管理方法能改善轨迹跟踪性能,提高再入制导方法的精度和鲁棒性,并避免飞船在一次再入和二次再入过程中出现较大过载的现象。

摘要：针对火星探测任务设计阶段的需求,提出集成再入弹道、开伞过程仿真一体化设计方法。首先,利用质点动力学模型,计算质点弹道,进行探测器进入过程的飞行轨迹仿真,获得开伞初始状态。其次,基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法,建立开伞过程的流固耦合(FSI)动力学模型,进行典型工况开伞过程数值模拟,分析开伞动压和马赫数对降落伞充气过程的影响。数值模拟开伞过程伞衣几何外形变化和降落伞的流固耦合动力学行为,得到开伞过载变化曲线、伞衣阻力面积变化等典型特征参数。计算结果表明,降落伞开伞动力学的数值仿真方法为火星再入、减速和着陆(EDL)过程的概念设计提供了一定的参考依据。

摘要：近年来,与高速飞行器相关的(高)超声速流动受到了极大的关注。这类流动所具有的非定常性、强梯度和可压缩性对试验方法和风洞设计技术提出了挑战。超声速纳米示踪平面激光散射(NPLS)技术是由作者所在团队研发的非接触光学测试技术。它能够以较高的空间分辨率来揭示超声速三维流场的一个瞬态剖面的时间解析的流动结构。介绍了NPLS技术以及基于NPLS开发的密度场测量、雷诺应力测量和气动光学波前测量等方法,并回顾了这些技术在超声速边界层、超声速混合层、超声速压缩拐角、激波/边界层相互作用和光学头罩绕流等流动中的应用,清晰地再现了边界层、混合层、激波等典型流场结构及其时空演化特性。另外,为了模拟和研究高空大气条件下边界层自然转捩和超声速混合层的转捩特性,介绍了高超声速静风洞、超-超混合层风洞的设计技术以及层流化喷管的设计方法。

摘要：探月返回飞船再入过程是整个探月任务的关键环节。为了给再入任务提供设计参考和验证手段,设计了一套全数字的再入飞行仿真系统。首先,建立了飞船再入6自由度动力学模型,设计了导航制导控制系统,构建了推力器模型;然后,设计了集成所有运行模块的仿真系统框架;最后,设计了满足功能需求的再入飞行仿真的运行流程。基于蒙特卡罗打靶技术,该仿真系统能够对再入轨迹特性进行分析,并能够验证测试导航制导控制系统和气动构型设计。对某探月返回飞船再入的蒙特卡罗打靶仿真验证了仿真系统的功能和有效性。