题目：弹射救生系统仿真技术与控制规律研究

弹射座椅作为飞机失事时飞行员应急逃生的主要装备，近几十年来得到了飞速的发展。随着计算机技术的进步，为了缩短研制周期，节约试验成本，弹射救生系统数值仿真技术逐渐成为了弹射座椅性能研究及评价、型号研制及改进的重要手段和方法。本论文从国内外研究现状的不足之处入手，结合多学科最新进展，分别针对弹射全过程数学模型、模块化数值仿真平台、影响仿真精度因素以及控制规律设计等方面展开了系统深入的理论研究与分析。本文将弹射全过程划分为清除弹射通道、弹射出舱、空中自由飞、救生伞拉直、救生伞充气张满、稳定降落共六个阶段分别建立了数学模型。对于前三个阶段，在传统模型的基础上进行了完善，增加了风模型、变质量模型、动力系统及气动特性修正系数等，以便于后文对仿真精度因素的研究。针对开伞阶段人伞系统数学模型，摒弃了原始的平面双质点三自由度模型，结合国内外研究现状，提出了更符合真实物理过程的假设和数学描述。忽略伞衣拉出摩擦力，建立了乘员-伞箱空间双质点六自由度拉直模型。基于拉格朗日力学体系，忽略绕中轴线的转动，推导了人椅系统空间五自由度动力学及运动学方程，结合充气距离法的气动特性计算理论，建立了救生伞充气张满和稳定降落通用的数学模型。由后续分析可知，开伞阶段模型的改进极大改善了弹射全过程轨迹仿真计算的精度，从而提高了弹射座椅救生性能评价的仿真可信度。基于图形化、模块化的建模思想，建立了弹射救生系统综合数值仿真平台。首先根据座椅的结构或功能特点，对其进行模块划分。以MSC.EASY5为基础软件平台，构建了弹射救生系统仿真模型库。使用模型库中相应模块，搭建HTY-8型弹射座椅弹射各阶段的仿真模型。以C#语言为工具，设计了友好的用户图形界面和后处理软件，和仿真模型与积分内核一起，组成了完整的弹射救生系统综合数值仿真平台。根据已建立的数值仿真平台，对仿真精度相关问题展开了系统全面的仿真计算与分析。首先通过原始数学模型与试验曲线的对比，分析总结了可能影响仿真精度的因素，将其归纳为四类，分别是开伞模型、大气运动、动力系统参数以及气动力相关参数。其中开伞阶段轨迹曲线产生的误差最为明显，再次说明了本文对开伞模型改进的重要意义。对比本文模型、原始模型和试验数据曲线，结果表明，采用本文开伞阶段模型的仿真计算结果可以更好的吻合试验曲线，极大的提高了仿真精度，并验证了模型和算法的准确性。而对于充气距离理论中的经验系数、存在大气运动时的不同风向和风速、动力系统推力不确定性和引起的质量变化等仿真精度影响参数，分别通过仿真分析，总结出其对弹射轨迹的影响规律和程度，为进一步提高仿真计算精度，提供理论依据。提出了基于神经网络的最优控制规律设计方法，并以单滚转不利姿态弹射为例，进行了方法的设计验证。文中首先确定了横滚姿态的控制方案及措施，明确了相应的控制参数。以最优化计算模型为基础，对不同弹射状态进行了控制参数优化计算。通过与多模态控制规律计算曲线、К36Л-3.5型座椅性能参数及国军际规定的最低安全救生高度的对比，验证了优化控制参数的有效性和最优性。根据问题的特点，设计了合理的神经网络模型。通过对神经网络的训练，完成了从状态空间到控制参数空间的连续非线性映射关系。从对神经网络的测试结果可知，由神经网络处理所得的控制参数具有很好的全局最优性和容错性，对任意弹射状态均能获得优秀的控制参数，其控制效果远优于多模态控制规律。