再入过载的匹配渐进展开分析与卸载方法研究

探月飞船返回地球时将以第二宇宙速度再入地球大气层,面临极其严苛的气动环境,因此对于再入气动过载的分析具有重要意义.再入运动方程是一组非线性很强的常微分方程,数值方法计算量大,不适用于在线任务.因此,本文采用一种近似解法对气动过载进行分析.首先,基于匹配渐进展开方法将再入纵向运动解在大气外层区域与内层区域分别展开,得到统一形式的闭型近似解,在此基础上分段求解气动过载,并与精确解进行对比分析.其次,利用闭型近似解,通过当前状态反解虚拟初始条件,在此基础上提出初次过载峰值的解析预测方法,并分析了不同条件下预测的相对误差变化规律.最后,基于过载峰值的解析预测对飞船的初次再入过程进行卸载,将飞船在再入过程中耗散的总能量进行重新分配,并通过蒙特卡罗飞行仿真试验验证了卸载方法的有效性.     

弹道导弹再入段地面红外探测仿真分析

为改善弹道导弹再入段地面红外探测效果,考虑导弹再入过程中气动加热、红外辐射的大气衰减以及背景辐射等因素,建立起弹道导弹再入段地面红外探测仿真分析模型,并估算分析了探测系统在不同状况下信噪比.分析结果表明：优选工作波段、增加系统口径及曝光时间、改善光学设计、选择晴朗无云天气观测等均有利于改进地面红外观测效果.     

基于卡尔曼滤波的再入飞行器气动参数辨识

再入飞行器的制导系统易受气动参数扰动的影响,为此研究气动参数在线辨识方法可以为再入制导系统提供服务,有效提高制导的精度。以卡尔曼滤波理论作为基础,推导了再入飞行器气动参数辨识的数学模型。为增强卡尔曼滤波方法对气动参数的辨识效果,气动参数误差模型采用一阶高斯马尔科夫过程描述,并增广到状态方程组中,根据获得的带有测量误差的惯导信息,对气动参数进行估计。最后,进行了数学仿真研究。仿真结果表明,该方法都能够在10个采样周期内收敛,且估计精度在1%以内。     

右旋偏振波对高密度等离子体的穿透实验

本文分析了右旋偏振波穿透高密度等离子体的条件,给出了理论根据及原理性实验的结果。实验证实,当ω_(ce)≈2ω时,右旋偏振波(哨波模)可以穿透很高密度的等离子体(ω_(pe)~2>>ω~2),并可能成为克服“再入”时“黑障”的一个途径。     

再入湍流尾迹及其对雷达散射的影响研究

就高超声速再入体尾迹等离子体场而言,为进行其亚密湍流雷达散射截面的理论分析,提出了计算湍流尾迹脉动等离子体场强的理论模型及求解方法,即在研究高超声速尾迹流动特征的基础上,推导、使用包括化学组份浓度脉动强度的k－ε－g湍流模型,用以封闭高超声速粘性尾迹湍流运动时均控制方程组,并用全隐式有限差分法求解,算例小钝锥体的飞行条件为零攻角、M_∞＝21．3,Re_（∞D）＝1．33×10~6;M_∞＝20．5;Re_（∞D）＝3．22×10~5,计算结果得到了合理的参数分布;考虑电磁波在上述等离子体介质中的传播,以单电子多次散射模型─—畸变波Born近似方法,计算了湍流尾迹脉动等离子体雷达散射截面,给出散射能（RCS）在不同极化状态下的分布,分析了散射背景场脉动湍流对电磁波在其中传播的影响．     

弹道导弹再入段地面红外探测仿真分析

为改善弹道导弹再入段地面红外探测效果,考虑导弹再入过程中气动加热、红外辐射的大气衰减以及背景辐射等因素,建立起弹道导弹再入段地面红外探测仿真分析模型,并估算分析了探测系统在不同状况下信噪比.分析结果表明:优选工作波段、增加系统口径及曝光时间、改善光学设计、选择晴朗无云天气观测等均有利于改进地面红外观测效果.     

基于无迹粒子滤波的飞行器再入段传递对准方法

针对再入式飞行器再入返回前需要精确和快速的传递对准需求以及空间环境特殊性,提出了一种适用于再入式飞行器空间平台对准方法,建立J2000坐标系下光纤陀螺惯组的系统状态方程,利用星敏感器输出的姿态和光纤陀螺惯组输出的姿态差值作为观测量,实现飞行器的"姿态"匹配传递对准算法。针对系统状态方程和量测方程的非线性特性以及单独使用无迹卡尔曼滤波(UKF)方法存在滤波不稳定性和单独使用粒子滤波(PF)方法存在粒子退化导致估计误差变大的问题,提出了无迹粒子滤波(UPF)算法,采用卫星工具包(STK)软件模拟飞行器在轨运行进行仿真验证。仿真结果表明:该方法可以在3s内使得失准角的估计误差小于0.6',估计精度提高了30%,收敛时间缩短了70%,相比传统方法提高了对准的精确性和快速性。     

有源再入式光纤陀螺的闭环实现

在实际应用中,陀螺动态范围一般要求在±100rad/s量级。为了达到如此大的动态范围,商用I-FOG普遍采用闭环工作方式。尽管RAI-FOG的精度比I-FOG高,可是动态范围小,因此需要闭环工作以实现大的动态范围。然而,由于RAI-FOG中有源再入式光纤萨格奈特环的光波循环再入干涉累加的过程远比I-FOG的普通光纤萨格奈特环中简单的双向光波干涉过程复杂,迄今为止,如何实现RAI-FOG的闭环工作仍是尚待解决的关键问题。本文研究了RAI-FOG的闭环原理和论证了利用方波调制阶梯波反馈方案实现有源再入式光纤陀螺闭环工作的可行性。设计、制作并调试成功了实现闭环有源再入式光纤陀螺的数字电路,建立了光纤环长为200m的闭环有源再入式光纤陀螺的实验系统。并利用闭环有源再入式光纤陀螺实验系统实现了0.67°/h的传感精度,比相同实验条件下的闭环干涉式光纤陀螺的精度提升了3倍。     

高超声速钝锥流场红外辐射实验研究

报道了在JF-10氢氧爆轰驱动高焓激波风洞中开展的再入流场红外辐射实验研究. 风洞的试 验状态为：驻室总压19.6MPa, 总焓15.5MJ/kg, 自由流速度约5 km/s. 实验以锑化铟多元红外成像系统为测量手段，以球头钝锥体为试验模型，测量激波层与近尾流中红外辐射功率 的横向分布剖面. 试验数据呈现明显的规律性. 试验结果表明，激波层内壁面附近的红外辐 射功率较小，中间有一区域辐射较大且相对均匀，激波层外缘辐射单调减小；尾流中红外辐 射功率在轴线附近的核心区最大，随着离轴线距离的增大而单调减小.     

再入飞行仿真的几个力学问题

本文针对航天器再入飞行仿真的研究。就仿真中的几个力学问题，讨论了如何建立合理的物理模型和数学模型。再入飞行仿真主要涉及刚体运动的飞行轨迹计算模型，涉及激波，表面压力。摩擦阻力。粘性干扰等因素的气动力计算模型；涉及边界层厚度，转捩，传热和物面粗糙度，辐射传热等因素的气动热计算模型；涉及结构强度，动态特性，稳定性，热应力等因素的有限元计算模型；涉及硅基和碳基防热材料，防热层温度分布等因素的热化学烧蚀模型；涉及天气严重环境指数，粒子与激波层干扰，粒子运动特性等因素的粒子侵蚀模型。涉及瞬时外形变化。气动特性变化。累积质量损失等因素的总体参数计算模型；其中要特别注意把握好对绕流流场计算，转捩准则选择，结构响应跟踪，瞬时外形圆整等问题的处理。才能使再入飞行仿真顺利进行到再入落地，而且仿真结果具有很好的可信度。