[發(fā)明專利]一種再入初始段解析式縱向在線軌跡設(shè)計(jì)及跟蹤方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310549747.8
• 申請(qǐng)日: 2013-11-07
• 公開（公告）號(hào): CN103587723A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 季登高;黃興李;郭振西;謝佳;武斌;王軍權(quán)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京臨近空間飛行器系統(tǒng)工程研究所;中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): B64G1/24
• 分類號(hào): B64G1/24
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅;高爽

1.一種再入初始段解析式縱向在線軌跡設(shè)計(jì)及跟蹤方法，依次包括以下步驟：

步驟一、忽略地球自轉(zhuǎn)，建立再入飛行器三自由度無量綱化的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程如式(1)～(6)所示：

dφLdt=VcosΘcosψvrcosφZ---(1)]]>

drdt=VsinΘ---(2)]]>

dφZdt=-VcosΘsinψvr---(3)]]>

dVdt=-D-sinΘr2---(4)]]>

dΘdt=1V[Lcosγv-cosΘr2+V2rcosΘ]---(5)]]>

dψvdt=1V[-LsinγvcosΘ+V2rcosΘcosψvtanφZ]---(6)]]>

上式中，V、r分別為歸一化的速率和地心距；Θ為當(dāng)?shù)貜椀纼A角；ψ_v為速度偏角；D、L分別為歸一化的阻力和升力；γ_v為傾側(cè)角；t為歸一化的時(shí)間；φ_L、φ_Z分別為歸一化的縱程和橫程；

采集(1)～(6)所有物理量的初值時(shí)，獲得上述物理量隨時(shí)間的變化歷程；

步驟二、建立當(dāng)?shù)貜椀纼A角的解析式（7）：

cosΘcx=Kρ(1rβ-1βr2V2)-CL(α)cosγv2βρ1rβ-1βr2V2-1---(7)]]>

其中，K為常值，由飛行軌跡的終值或初值決定；ρ為大氣密度，為地心距的函數(shù)；β為指數(shù)大氣密度常數(shù)；α為攻角；C_L(α)為升力系數(shù)；獲得（7）中上述參數(shù)，通過式(7)獲得程序當(dāng)?shù)貜椀纼A角Θ_cx；

步驟三、對(duì)升力系數(shù)進(jìn)行擬合；

首先，依據(jù)飛行器的氣動(dòng)特性對(duì)飛行器進(jìn)行俯仰力矩配平；

其次，得到配平狀態(tài)下不同高度、不同馬赫數(shù)的升力系數(shù)隨攻角的變化曲線；

最后，對(duì)升力系數(shù)曲線進(jìn)行一次線性擬合，得到升力系數(shù)C_L(α)的表達(dá)式（8）：

C_L(α)＝K₁α+K₂????(8)

其中，K₁、K₂為擬合得到的系數(shù)；

步驟四、跟蹤律的設(shè)計(jì)；

當(dāng)飛行器允許使用攻角范圍小于4度時(shí)，采用傾側(cè)角跟蹤方式；當(dāng)飛行器允許使用攻角范圍大于等于4度時(shí)，采用攻角跟蹤方式；

當(dāng)采用傾側(cè)角跟蹤方式時(shí)，跟蹤律如式(9)所示，

γ=γcx0+Kfcos(Θcx)-cos(Θ)dρ2βCL(α)---(9)]]>

式中的K_f為設(shè)計(jì)參數(shù)，γ_cx0為程序傾側(cè)角；θ_cx為，θ

當(dāng)采用攻角跟蹤方式時(shí)，跟蹤律如式（10）所示，

α=αcx0+Kfcos(Θcx)-cos(Θ)dρ2βCL(α)---(10)]]>

式中的K_f為設(shè)計(jì)參數(shù)，α_cx0為程序傾側(cè)角；

步驟五：數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證；

根據(jù)K_f，結(jié)合公式(1)～（10），建立三自由度仿真模型；以蒙特卡洛的方式加入初始交班偏差、大氣密度偏差、建模型誤差、風(fēng)干擾，通過數(shù)學(xué)仿真，得到縱程偏差Δφ_L和橫程偏差Δφ_Z，進(jìn)而得到落點(diǎn)偏差Δd；

Δd=(ΔφL)2+(ΔφZ)2---(11)]]>

根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)K_f對(duì)落點(diǎn)偏差的影響規(guī)律，采用控制系統(tǒng)PID整定的方法對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)K_f進(jìn)行調(diào)節(jié)當(dāng)，當(dāng)增大或減小參數(shù)K_f，Δd值始終是增大，設(shè)計(jì)結(jié)束。