针对高超声速稳态巡航飞行的气动参数/轨迹联合优化问题,设计了嵌套形式的两级优化器。其中,内层优化器针对巡航轨迹进行优化,优化算法选用序列二次规划算法(Sequential Quadratic Programming,SQP);外层优化器基于巡航轨迹的优化结果,对气动参数进行优化,分别采用序列二次规划算法、遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和基于两者的混合算法进行优化。对整个联合优化问题进行了描述,对嵌套联合优化的方法优势和流程进行了说明。给出了嵌套优化器在内外2层的优化模型,包含设计变量、目标函数和约束条件。最后,进行了多组联合优化仿真,得到了巡航航程随升阻比提高的优化幅度曲线。同时,对不同外层优化算法下的优化全局性、计算效率等进行了对比分析,并结合各方法的优缺点,给出了实际优化问题中优化算法选用的建议。

运载火箭一般在头部设有整流罩,其作用是在大气层内飞行段保护有效载荷、承受气动载荷和热流,并使火箭维持良好的气动外形。为了使运载火箭整流罩受到较小的气动加热和气动载荷,以某直径为9.5 m的运载火箭为基础,采用数值计算和工程计算等方法,分别计算钝度比为1、0.875、0.75、0.625、0.5的5种冯卡门曲线整流罩的全箭气动特性、整流罩气动加热、锥柱界面脉动压力等参数,得到钝度比等于1的冯卡门曲线外形的整流罩前锥所受到的气动加热、局部的气动载荷均小于钝度比小的整流罩。

基于乘波体（Waverider Vehicle，WRV）外形利用多平面设计方法生成了一种多平面升力体（Multi-planar Lift-body Vehicle，MLV），针对乘波体和多平面升力体利用仿真方法开展了气动/隐身性能研究。基于层流方程的数值计算发现与乘波体相比，多平面升力体最大升阻比减小10%，最大升阻比减小量较小;纵向焦心和航向压心相对前移，质心系数取0.55时，纵向静稳定裕度较小，小攻角时需进行静不稳定控制，航向静稳定裕度较大，侧滑角未对升阻比和纵/航向静稳定特性产生明显影响。基于物理光学法（Physical Optics，PO）的雷达散射截面（Radar Cross Section，RCS）仿真计算发现多平面升力体可以实现RCS的整体减缩，在俯仰角60~120°，偏航角-10~10°范围内RCS较大，飞行过程中可通过姿态控制避开此区域。研究结果表明:多平面方法生成的多平面升力体具有较好的气动和隐身...

针对系统内不确定性参数摄动的高超声速飞行器(Hypersonic Vehicles,HV)模型,考虑到传统气动系数简化模型无法真实反映飞行器的气动特性和高超声速下某些不确定性参数摄动的问题,提出了一种改进的气动系数模型,利用改进模型得到准确的气动系数参数,设计了一种基于某些不确定参数的模糊函数逼近的高超声速飞行器滑模控制器。应用模糊函数的强大函数逼近能力对不确定参数进行逼近,应用非线性最小二乘法对改进的气动系数模型进行参数辨识,并与滑模变结构控制结合,提高了系统的鲁棒性,并实现了对系统指令的稳定跟踪控制。仿真结果表明,飞行器在加入速度阶跃指令和高度阶跃指令后,系统能够保持稳定性,并对不确定性参数具有很强的鲁棒性。

为避免飞行器复杂气动建模过程以及使用极大似然法时需要对初值进行估计,利用前馈神经网络能够逼近任意函数的能力,对飞行器纵向气动特性进行辨识。该方法能够避免建立气动模型与估计参数初值。利用前馈神经网络的导数特性,推导了三层神经网络辨识飞行器气动参数的导数法。使用该方法与Delta法对气动参数进行了辨识。仿真结果表明前馈神经网络对气动系数具有较好的拟合效果并验证了两种参数辨识方法的有效性。通过对比发现导数法在求解气动参数时优于Delta法。

针对一种运载火箭并联式加注机器人的对接轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于系统多输入多输出模型的鲁棒控制策略。首先建立了包含并联机器人和液压驱动器动态特性的系统高阶多输入多输出模型。同时,将系统的建模误差、外部不确定性扰动等统一处理为系统的匹配与不匹配不确定,通过结合反步设计方法及合适的Lyapunov函数选择,给出了一种鲁棒控制器的完整设计方法,并证明了该控制器的稳定性。仿真分析表明,控制器具有良好的轨迹跟踪性能和抗干扰能力,能够满足加注对接任务需求。

同心筒发射装置(Concentric Canister Launcher,CCL)是一种新型舰载导弹垂直发射系统,导流锥是同心筒发射装置中重要的组成部分,用于发射过程中对燃气流进行导流。基于正交试验方法,对影响导流锥底部压力的高度、角度、底部半径进行优化设计,按照设计参数生产加工导流锥产品,在同心筒发射试验过程中对其进行底部压力值测量。结果表明压力值满足设计要求。

在某型筒弹吊具的紧固装置中设计有支撑臂,为减小吊具的整体质量,需要对支撑臂进行轻量化设计。为实现该设计目标,以灵敏度分析为基本方法,根据初始参数以及受力、挠度的要求,改变横板、侧板壁厚的参数,得到了最小质量,计算出了对质量、应力、挠度灵敏度最大的壁厚参数,可为进一步选用合理的材料实现轻量化设计提供参考依据。

考虑时变啮合刚度,建立了含齿侧间隙的二级齿轮传动系统非线性动力学模型。模拟高频振动激励的复杂工况,建立齿轮传动的Adams模型,研究分析了侧隙和负载偏心量对齿轮啮合力的动态影响,表明在外界非恒定干扰力矩下,侧隙会导致齿轮啮合力的动态变化,减小偏心质量可以抑制啮合力和速度的波动。

为减小舵机体积、降低成本,提出一种基于多级齿轮减速的小型化伺服机构设计方案,相比采用谐波减速器、行星减速器或滚珠丝杠减速器的机电伺服机构,具有集成度高、结构简单、成本低的优点。通过强度计算和动力学仿真,证明了多级齿轮减速伺服机构的设计方案合理、可行。