[發明專利]一種適用于多舵面再入飛行器的配平舵偏角確定方法

有效

• 申請號: 201410572989.3
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104401503A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 黃喜元;孫光;張月玲;李永遠;朱如意;方磊;滿益明;曹曉瑞;鄭宏濤;曹霄輝
• 申請（專利權）人: 中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: B64F5/00
• 分類號: B64F5/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種適用于多舵面再入飛行器的配平舵偏角確定方法，屬于再入飛行器飛行控制技術領域。

背景技術

配平特性是飛行器重要的動力學特性，在飛行控制系統設計過程中，需要對飛行器模型進行小擾動線性化，首先需要求取平衡狀態。配平是根據飛行器的動力學模型和一定的約束條件，求解得到平衡時飛行器的各狀態變量、舵面偏轉角等參數。傳統的配平方法，往往忽略了舵面的交聯耦合，存在配平精度低、不適于對多通道同時配平、配平計算復雜、非線性模型的硬性約束難以加入等問題。

再入飛行器的氣動特性往往是馬赫數、攻角、側滑角、舵偏角和飛行高度的多維非線性函數，其配平問題本質是復雜的非線性方程組的求解問題。對于多舵面再入飛行器，舵面交聯耦合往往比較嚴重，因此其配平舵偏角計算更加復雜。針對傳統配平方法存在的配平精度低、配平計算復雜、不適于多舵面多通道、不適于考慮偏差等因素影響的問題，需要研究一種更高效和通用的配平計算方法。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種適用于多舵面再入飛行器的配平舵偏角確定方法，適用于多舵面多通道、考慮偏差等因素影響的情況。

本發明的技術方案是：一種適用于多舵面再入飛行器的配平舵偏角確定方法，步驟如下：

1)將飛行器各舵面按功能組合為具備等效功能的虛擬舵偏角，用于俯仰、偏航和滾轉三個通道的控制；

2)建立再入飛行器關于步驟1)虛擬舵偏角配平計算的非線性方程，采用泰勒展開近似將非線性方程轉化為線性方程組；

3)根據步驟2)的線性方程組計算得到虛擬舵偏角配平計算的迭代公式；

4)根據飛行器各舵面的控制效率，確定各個通道配平的虛擬舵偏角優先級，即各通道控制效率高的虛擬舵偏角優先級高，各通道控制效率低的虛擬舵偏角優先級低；

5)設置虛擬舵偏角配平計算狀態、虛擬舵偏角配平初值和離散Newton迭代算法的狀態值；所述的虛擬舵偏角配平計算狀態包括馬赫數、飛行高度、攻角、側滑角；所述的離散Newton迭代算法的狀態值包括迭代精度、最大迭代次數和迭代步長；

6)基于離散Newton迭代算法，同時對飛行器俯仰、偏航和滾轉三個通道進行配平，配平計算過程中各通道次優先級及以下虛擬舵偏角均先固定為零舵偏狀態，采用最高優先級虛擬舵偏角首先進行Newton迭代計算；若各通道采用最高優先級舵偏完成配平，則配平計算結束，計算的結果為各通道最高優先級虛擬舵偏角配平結果，次優先級虛擬舵偏角的配平為零；若某一通道最高優先級虛擬舵偏角無法完成配平，則設置該通道最高優先級虛擬舵偏角為最大舵偏角，采用下一優先級虛擬舵偏角進行Newton迭代求解，直至完成所有通道的配平，得到各虛擬舵偏角的配平舵偏角。

本發明與現有技術相比的有益效果是：

(1)本發明方法基于氣動數據庫，將再入飛行器配平舵偏角確定問題轉化非線性方程的求解問題，采用泰勒展開近似將非線性方程轉化為線性方程組，針對線性方程組利用離散Newton迭代算法進行再入飛行器配平舵偏角的計算。與傳統方法相比，本發明方法計算快，配平精度較高，一般僅需1～3步迭代即可計算出配平結果。

(2)本發明方法適于多通道同時進行配平計算，可考慮舵面交聯耦合影響。本發明方法針對再入飛行器多舵面的特點，基于舵偏功能組合方法和分級配平策略，將各舵面按功能組合為具備等效功能的虛擬舵偏角，并劃分優先級，首先采用最高優級虛擬舵偏角進行配平，在單獨采用最高優級虛擬舵偏角無法完成配平計算時，將最高優級舵面固定為最大舵偏角，采用下一優先級虛擬舵偏角進行配平計算，簡化了多舵面飛行器的配平計算。

附圖說明

圖1為本發明方法計算流程圖；

圖2為本發明方法適用的某多舵面再入飛行器。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式進行進一步的詳細描述。

如圖1所示為本發明所述的一種適用于多舵面再入飛行器的配平舵偏角確定方法。

本發明具體步驟如下：

(1)針對飛行器氣動舵面配置特點和控制特性，將飛行器各舵面按功能組合為俯仰、偏航和滾轉三個控制通道具備等效功能的虛擬舵偏角。