不确定多体系统动力学分析新方法

多管火箭系统为复杂多体系统，射击精度是多管火箭系统的主要性能指标，射击精度差是制约我国多项国家高新工程多管火箭研制的技术瓶颈，随机参数是影响其射击精度的主要因素。缺乏多管火箭射击精度设计所需的不确定复杂多体系统动力学快速计算方法是导致多管火箭射击精度差的主要原因之一。本课题以含随机参数等不确定性的多管火箭多刚柔体系统为研究背景，推导含随机参数的复杂多体系统各元件的随机传递方程、传递矩阵和总体传递矩阵，建立无需系统总体动力学方程和矩阵阶次低的的随机特征值快速算法；通过构造不确定多体系统增广特征矢量和正交性，形成不确定多体系统动力学快速分析的多体系统随机传递矩阵法，实现多管火箭不确定多体系统动力学控制和系统精度优化设计。本课题的研究成果将为考察随机参数和随机激励对多管火箭系统精度影响的力学机理和提高多管火箭系统精度提供基础理论和快速算法。

含随机参数多体系统动力学建模与快速计算是多体系统动力学领域的研究热点之一，本项目针对含随机参数的复杂多管火箭系统动力学计算速度慢导致动力学控制设计方法难以实现的问题，推导含随机参数的复杂多体系统各元件的随机传递方程、传递矩阵和系统总体传递矩阵，结合摄动方法，建立了摄动多体系统传递矩阵法。该方法具有建模灵活、无需系统总体动力学方程、计算规模小、计算效率高等优点，非常适合应用于含随机参数多体系统动力学设计。应用该方法实现了对含随机参数多体系统特征值的快速计算，重特征值问题也得到了简单、便捷的处理。通过构造不确定多体系统增广特征矢量及其正交性，结合蒙特卡洛方法，建立随机多管火箭多体系统传递矩阵法，实现含随机参数的多管火箭系统动力学快速计算和设计；针对含随机参数的复杂受控多管火箭动力学控制规律难以工程实现的问题，初步建立随机多体系统传递矩阵法独立模态空间控制方法，并进行了初步的实验研究，实现了含随机参数的多管火箭多体系统的高效振动控制。研究成果用于武器系统设计与试验工程实践，取得很好效果，通过参数优化设计低成本提高典型多管火箭射击精度20%以上。制定我国多管火箭精度总体设计和试验方法方面的国家军用标准和兵器行业标准共2项，获国家技术发明二等奖和军队科技进步二等奖。获优秀科技图书出版基金资助撰写专著2部，其中“Transfer Matrix Method for Multibosy Systems: Theory and Applications”将由Wiley出版社出版，发表论文26篇，其中SCI、EI收录20篇，获授权发明专利10项，申请国家发明专利12项，获授权软件著作权2项，申请软件著作权1项，合作培养博士生8名，获江苏省优秀博士论文1篇。项目负责人获中国青年科技奖、江苏省“333工程”突出贡献奖，入选江苏省“333 工程”、百千万人才工程等人才计划，作为中国科协第258次青年科学家论坛执行主席之一，主持论坛报告会并作学术报告。