Trajectory stabilization control for aerial recovery of cable-drogue-UAV assembly

Unmanned aerial vehicles (UAVs) aerial recovery denotes the technology that UAVs are recovered in the air by the transport aircraft for reuse. During the recovery process, the multiple wind perturbations and fast-changing UAV’s engine shutdown will induce oscillations in the cable-drogue-UAV assembly (CDUA) with strong nonlinearities and tight coupling, which affects the safety and speed of the UAV aerial recovery. Aiming at this problem, this paper proposes a non-constraining force direction (NCFD)-based CDUA anti-disturbance trajectory control method for the first time. First, by transforming the CDUA trajectory control to the NCFD control, the coupling and nonlinear effects in the CDUA can be reduced, and the fast-changing disturbances caused by the engine shutdown can be compensated. Then, feed forward control is designed based on the relationship between the NCFD and cable shape, which is established based on the cable dynamics, to improve the response speed. Furthermore, a fixed-time anti-disturbance controller (FTADC) is designed for the flow angle of drogue-UAV assembly (DUA) given by the NCFD controller and compensates for the effects of wind and parameter perturbations. Finally, the stability of the proposed method is analyzed, and the effectiveness is demonstrated by abundant simulations.

     

Shedding vortex simulation method based on viscous compensation technology research

Owing to the influence of the viscosity of the flow field, the strength of the shedding vortex decreases gradually in the process of backward propagation. Large-scale vortexes constantly break up, forming smaller vortexes. In engineering, when numerical simulation of vortex evolution process is carried out, a large grid is needed to be arranged in the area of outflow field far from the boundary layer in order to ensure the calculation efficiency. As a result, small scale vortexes at the far end of the flow field cannot be captured by the sparse grid in this region, resulting in the dissipation or even disappearance of vortexes. In this paper, the effect of grid scale is quantified and compared with the viscous effect through theoretical derivation. The theoretical relationship between the mesh viscosity and the original viscosity of the flow field is established, and the viscosity term in the turbulence model is modified. This method proves to be able to effectively improve the intensity of small-scale shedding vortexes at the far end of the flow field under the condition of sparse grid. The error between the simulation results and the results obtained by using fine mesh is greatly reduced, the calculation time is shortened, and the high-precision and efficient simulation of the flow field is realized.     

基于相场描述的拉压不对称强度结构拓扑优化

运用了基于相场描述的拓扑优化方法，来寻找在拉伸和压缩中表现出不对称强度行为的连续体结构的最优布局。依据Drucker-Prager屈服准则和幂率插值方案，优化问题可以描述为在局部应力约束下的最小化结构的体积。用qp放松法来解决应力约束的奇异性，并采用基于P-norm函数的聚合方法对应力约束进行凝聚，该方法实现了约束个数的降低，同时引入了稳定转化法来处理大量的局部应力约束和高度非线性的应力行为，以修正应力，提高优化收敛的稳定性。在优化问题求解时，使用拉格朗日乘子法对目标函数和应力约束进行处理。利用伴随变量法进行灵敏度分析，并通过求解Allen-Cahn方程更新相场函数设计变量。数值算例证明了该优化模型和相应数值技术的有效性，相关算例还揭示了考虑拉压不同强度和考虑同拉压强度约束时得到的结构优化拓扑构型具有显著的差异。     

基于遗传算法的升力体外形优化设计

升力体由于低热流率再入物理特性和高效的内部容积利用率，是高超声速飞行器气动外形的一种典型布局.文章对升力体飞行器进行参数化数值建模，并提取其表征外形的参数作为设计变量，综合考虑飞行器再入过程中的气动力、气动热、容积利用率及稳定性等性能指标.运用多目标混合遗传算法对升力体进行了多变量、多约束下的气动外形优化设计，获得了再入飞行器外形的最优Pareto解.数值模拟结果表明，典型状态下最优Pareto解与CFD结果相差12%，验证了优化结果的准确性.      

半实物仿真中试验总控软件的设计与实现

试验总控软件是应用于半实物仿真中对参试系统进行管理和控制的一种软件,它可以对半实物仿真中的参试系统进行配置,实现对整个试验仿真的管理和监控。解析各参试系统的数据交互协议是试验总控软件对参试系统进行监控和管理的关键功能。通常试验总控软件解析功能代码完全按照各参试系统数据交互协议开发,这样一旦数据交互协议发生更改,解析功能代码需要根据新协议重新开发导致软件重复开发,影响软件开发效率和通用性。为了解决这个问题,文中提出一种试验总控软件设计框架并采用动态解析数据帧技术将解析代码与数据交互协议隔离,不仅提高软件通用性,同时缩短半实物仿真开发周期,减少人力财力开支。     

高精度火工品控制电路测试方案的设计与实现

为了实现发火试验时火工品回路及控制系统电路的精确测试,通过在火工品控制电路中并联测试电路,在不破坏火工品电路真实状态下,通过高精度存储测试仪测试,在发火试验时实现对火工品的起爆时序、起爆电压脉宽及系统间产生干扰的精确测试。试验结果表明：对火工品时序和脉宽测试可达到0.001s精度,可精确捕捉到火工品起爆瞬间对其它控制电路的干扰脉冲,提高了火工品控制电路的测试精度和可靠性。另外,简化了火工品装入航天器后的测试难度,提高了火工品控制电路测试的安全性。     

航天通用测发控软件平台设计与应用

随着我国航天器频繁发射的常态化,对航天测发控软件技术的要求也逐渐提高,主要表现在提高软件通用性、自动化程度和数据处理能力三个方面。本文在分析测发控业务需求的基础上,提出了测发控信息全过程可配置、测试数据通用化处理、测试实时判读和试验数据快速后处理的方法,构建了航天通用测发控软件平台,实现了测发控软件的型号通用化,降低了软件研制成本,减少了现场测试人员和现场测试时间,提高了飞行器测发控效率。     

基于SEDRIS的虚拟试验合成环境建模技术研究

为解决合成环境的统一描述和可交互问题,在分析合成环境数据表示与转换标准SEDRIS基础上,提出了基于SEDRIS的虚拟试验合成环境建模方法,针对大气、红外、电磁等3类自然环境,给出了实现环境数据表示和转换的技术途径。通过系统开发,实现了4种试验环境条件下对产品性能的验证与评估,建立的环境模型具有良好的交互性,建模方法可应用于多种试验环境的描述,为虚拟试验合成环境模型体系、标准规范和辅助工具的形成打下了基础。     

基于无线传感器网络的飞行器测控通信系统测量方案设计

随着航天技术的发展,飞行器测控通信系统需要测量的参数种类和数量不断增加,但同时要求系统在进行方案搭建时满足更高的可靠性、更小的体积和更小的设备质量。为解决这类问题,提出了基于无线传感器网络的飞行器测量方案,方案重点从节点配置、时间同步、网络拓扑、能源供应等方面对方案进行阐述,最后给出了应解决的关键技术攻关方向。     

FAST OPTIMIZATION METHOD OF REENTRY TRAJECTORY CONSIDERING AERODYNAMIC PARAMETER PERTURBATION

针对传统再入轨迹优化方法收敛速度慢、对初值敏感程度高等的局限性,提出了一种基于序列凸优化的再入轨迹快速求解方法.该方法以倾侧角的变化率作为控制量,改进了现有凸化策略,考虑到抑制数值优化过程中由于数值离散方式带来的锯齿化现象,采用 B 样条曲线离散控制量,同时为避免算法在初始猜想值附近出现伪不可行的问题,增加额外虚拟控制量,通过一种"回溯直线"搜索的方法,提高算法的稳定性、快速性和寻优结果的光滑性.为研究飞行器再入过程中的气动参数扰动问题,采用采样点少、易于实现,计算效率高的广义混沌多项式理论研究方法,建立了基于广义混沌多项式和凸优化相结合的再入轨迹鲁棒优化模型,该模型在优化过程中考虑气动参数扰动对寻优结果的影响作用,避免了传统轨迹与制导律的复杂迭代设计环节,可有效降低优化轨迹对气动参数扰动的敏感程度,在气动参数不确定条件的干扰下,依然可以保证飞行器顺利安全的完成飞行任务.最后,以美国某可重复使用飞行器的再入任务为例,验证了基于序列凸优化的再入轨迹优化方法的快速性以及鲁棒优化模型对气动参数扰动的抗干扰性能力,表明了该方法具有一定的工程应用性.