摘要：为了在保证固体火箭可靠性的同时尽可能提高其运载能力,需要在方案设计阶段的多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)过程中精确量化发动机推力曲线的不确定性。本文针对考虑不确定性的MDO过程中推力曲线的不确定性难以精确量化以及不确定性分析效率过低的问题,提出了一种精确代理建模方法。通过本征正交分解方法实现发动机推力曲线不确定性的降维表达;建立Kriging代理模型来预测降维后模态系数的前4阶统计矩;使用最大熵法建立模态系数的精确概率分布模型,进而得到推力曲线的精确分布。对星型装药发动机的推力不确定性建模结果表明,推力不确定性分布的预测置信度可达98%;单次不确定性分析时间相比蒙特卡洛方法缩短99.92%。

摘要：针对高超声速飞行器再入滑翔段制导问题,提出一种基于粒子群优化-鲸鱼算法的在线制导策略。考虑其约束模型与交班条件,建立了过程约束与终端约束模型。为缩短轨迹生成时间,减少算法计算量,设计了一种能自动满足终端高度、路径角、航程约束的高度-剩余航程飞行剖面。基于阻力系数为常值的前提下,推导了满足航程约束的速度数值解。利用上述模型,设计了一种三参数寻优模型,实现对终端条件的控制。为优化过程约束,提出结合鲸鱼算法和粒子群优化算法的改进鲸鱼算法,克服了粒子群算法易早熟收敛的缺点,提高了求解效率,满足了飞行过程中热流率最小的目标。而后通过将航迹分段的方法,提出一种基于中间点的在线制导方法,对纵向剖面进行在线更新,从而满足终端约束。仿真结果表明,所提方法能高效率的求解最优飞行轨迹。

摘要：针对轴流式涡轮部件结构复杂、精度要求高以及研制周期较长等特点,开展了基于三维光学扫描及逆向工程技术的小尺寸高性能轴流式涡轮部件逆向设计。通过非接触式三维结构光学扫描仪获取了涡轮整体叶盘及导向器实物的点云数据;在点云数据预处理及自动对齐的基础上,利用复杂型面三维重构技术,实现了部件的三维数字化模型重建;基于有限元分析开展了部件的气动性能及结构强度计算,验证了逆向设计轴流式涡轮部件的可行性;并通过进一步梳理总结,建立了轴流式涡轮部件逆向设计流程。结果表明,建立的轴流式涡轮部件逆向设计方法及流程可使得设计部件有效满足实际使用要求,显著缩短设计周期,能够为同类部件的设计提供指导和借鉴。

摘要：针对现有基于深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)算法的再入制导方法计算精度较差,对强扰动条件适应性不足等问题,在DDPG算法训练框架的基础上,提出一种基于长短期记忆-DDPG(long short term memory-DDPG,LSTM-DDPG)的再入制导方法。该方法采用纵、侧向制导解耦设计思想,在纵向制导方面,首先针对再入制导问题构建强化学习所需的状态、动作空间;其次,确定决策点和制导周期内的指令计算策略,并设计考虑综合性能的奖励函数;然后,引入LSTM网络构建强化学习训练网络,进而通过在线更新策略提升算法的多任务适用性;侧向制导则采用基于横程误差的动态倾侧反转方法,获得倾侧角符号。以美国超音速通用飞行器(common aero vehicle-hypersonic,CAV-H)再入滑翔为例进行仿真,结果表明:与传统数值预测-校正方法相比,所提制导方法具有相当的终端精度和更高的计算效率优势;与现有基于DDPG算法的再入制导方法相比,所提制导方法具有相当的计算效率以及更高的终端精度和鲁棒性。

摘要：针对动态不确定战场环境下多无人机对多区域、多目标的协同察打任务规划过程中存在的信息不确定、任务多约束及航迹强耦合的多目标优化与决策问题,结合Dubins航迹规划算法,提出了一种融合多种改进策略的灰狼优化算法(grey wolf optimization algorithm incorporating multiple improvement strategies,IMISGWO).首先,针对动态环境带来的无人机巡航速度及察打任务消失时间的不确定性,基于可信性理论建立了以最大化任务收益为指标的任务规划数学模型;其次,为实现该问题的快速求解,设计了初始解均匀分布、个体通信机制调整、动态权重更新和跳出局部最优等策略,提升算法解搜索能力;最后,构建了多无人机察打一体典型任务仿真场景,通过数字仿真以及虚实结合半实物仿真试验验证了算法的可行性和有效性.仿真结果表明:算法在求解不确定环境下耦合航迹的多无人机察打一体任务规划问题时,能够生成多机高效的任务执行序列和满足无人机飞行性能约束的飞行轨迹,且能够适用于无人机数量增加导致问题复杂度增加情形下此类问题的求解.

摘要：为扩充垂直冲击试验机的功能,设计了一种新型冲击响应谱发生器。结合Mindlin板理论与有限元仿真,分析了简支矩形厚板固有特性、激励载荷同冲击谱的关系。提出正交试验、支持向量机与多种群遗传算法结合的智能协同优化方案。利用Nastran软件建立仿真冲击谱的正交试验数据库,通过支持向量机建立仿真冲击谱与目标冲击谱的均方根误差预测模型,采用多种群遗传算法优化谐振板尺寸(板长a,板宽b,板厚h)与激励载荷(峰值A,脉宽D),最终进行仿真与试验验证。优化后的谐振板尺寸为a=398m,b=387mm,h=32mm,激励载荷为A=4.628kN,D0=0.8ms,预测均方根误差为27.7。优化结果表明仿真冲击谱与试验冲击谱均满足冲击试验规范条件,仿真均方根误差为39.6,试验均方根误差为33.4。该研究为冲击试验提供了一种新思路。

摘要：针对高超声速飞行器进气道压缩面问题,首先研究了激波理论的逆向算法,以此为基础提出了进气道的等强度和等熵压缩面的逆向设计方法,并采用此方法设计了以进气道出口气流参数为设计参数的高超声速飞行器进气道压缩面,然后对两种压缩面进行了性能分析和数值仿真.结果表明:通过逆向设计方法设计进气道压缩面是可行的,其相对于传统方法耗时大大减少;理论计算表明相同设计条件下两压缩面几何参数基本一致,而来流参数也基本不变,设计点下等熵压缩面总压恢复系数高出等强度压缩面6.3%.数值仿真验证了该方法的可行性并研究了非设计状态下两种压缩面的各项性能参数,同时对比了不同马赫数下进气道内部波系分布和气流均匀性.

摘要：针对轨控式复合控制导弹制导与控制一体化设计问题,结合动态面反步设计和非线性干扰观测器(NDO)技术,设计了一种基于非线性干扰观测器的制导控制一体化反步控制方法。首先建立了复合控制导弹纵向通道制导控制一体化模型,在此基础上分三步设计反步控制器,设计过程中采用了动态面方法,通过引入一阶低通滤波器,得到虚拟控制量的微分,避免了传统反步设计中的"计算膨胀"问题,同时采用NDO对模型不确定性进行估计并加以补偿,实现了对气动系数摄动和目标机动的鲁棒性。基于李亚普诺夫稳定性理论证明了闭环系统所有误差信号最终一致有界。仿真结果表明本文设计的基于非线性干扰观测器的复合控制导弹制导控制一体化反步设计方案的正确性和有效性。

摘要：基于形状的方法为非开普勒轨道设计提供了一种全新的研究思路。在假定轨道形状为对数螺旋线的前提下设计了拦截轨道。首先通过无量纲化处理方法推导出了对数螺旋线轨道的地心距、极角随时间的变化率与轨道设计参数q的关系式;其次结合运动方程,得到了飞行器沿对数螺旋线轨道运行时需要施加的推力加速度;接着分别针对初始轨道是圆和椭圆的情况进行机动轨道设计。给出了轨道设计的仿真算例和相关分析,结果表明对数螺旋线适宜于拦截轨道设计;当初始轨道为大偏心率椭圆时,采用此方法设计轨道,在一定相角范围内开始机动,可使飞行器运行时间短,且燃料消耗少。

摘要：共固化粘弹性复合材料结构兼具结构承载和阻尼减振能力,设计时需同时考虑强度、刚度、质量和阻尼性能等指标要求,且设计变量众多,因此传统的设计方法难以实现结构的优化设计。本文建立了共固化粘弹性复合材料结构的多目标优化模型,优化目标为结构质量最小化和模态损耗因子最大化,设计变量包括铺层厚度、方向角和阻尼层厚度,并考虑结构动刚度的约束条件。阻尼结构的分析采用基于有限元法的模态应变能法,进化优化采用改进的非支配排序多目标遗传算法(NSGA-II)。最后的优化算例表明将多目标遗传算法应用于共固化粘弹性复合材料结构阻尼/结构一体化设计的可行性。