[發(fā)明專利]一種高超聲速飛行器平穩(wěn)滑翔再入彈道設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510028715.2
• 申請日: 2015-01-20
• 公開（公告）號: CN104656450B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳萬春;李靜琳;胡錦川
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/10
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

1.一種高超聲速飛行器平穩(wěn)滑翔再入彈道設(shè)計方法，其特征在于：它包括以下幾個步驟：

步驟1：動力學(xué)模型建立

假設(shè)地球為非旋轉(zhuǎn)均質(zhì)圓球，建立再入縱向動力學(xué)方程，得到了再入飛行器的高度、速度、彈道傾角和射程對時間的一階導(dǎo)數(shù)；

步驟2：平穩(wěn)滑翔彈道提出

以攻角α和傾側(cè)角σ為規(guī)劃變量進(jìn)行彈道規(guī)劃，選取為目標(biāo)函數(shù)，所獲得的再入彈道為平穩(wěn)滑翔彈道，其中a_ε為縱向加速度，為縱向加速度變化率；T為時間常數(shù)；V為再入飛行器的速度；為再入飛行器彈道傾角對時間的一階導(dǎo)數(shù)；

步驟3：平穩(wěn)滑翔彈道解析解求解

通過對高度一階導(dǎo)數(shù)再求導(dǎo)建立再入高度的二階動態(tài)微分方程，考慮縱向加速度的影響，采用正則攝動的方法逐步逼近真實的平穩(wěn)滑翔高度，然后將平穩(wěn)滑翔高度解析解對時間求導(dǎo)，獲得平穩(wěn)滑翔彈道傾角和縱向加速度的解析解；

步驟4：平穩(wěn)滑翔彈道動態(tài)特性分析

定義并分析平穩(wěn)滑翔高度增量，將其帶入再入高度的二階動態(tài)微分方程，獲得平穩(wěn)滑翔彈道的動態(tài)特性，包括穩(wěn)定性分析，自然頻率和阻尼分析；

步驟5：平穩(wěn)滑翔反饋控制設(shè)計

為了使振蕩的彈道快速收斂到平穩(wěn)滑翔狀態(tài)，對平穩(wěn)滑翔高度增量動態(tài)系統(tǒng)采用微分反饋進(jìn)行極點配置，抑制彈道震蕩，同時給出了定阻尼下的微分反饋系數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高超聲速飛行器平穩(wěn)滑翔再入彈道設(shè)計方法，其特征在于：在步驟1中所述的“假設(shè)地球為非旋轉(zhuǎn)均質(zhì)圓球，建立再入縱向動力學(xué)方程，得到了再入飛行器的高度、速度、彈道傾角和射程對時間的一階導(dǎo)數(shù)”，其具體作法如下：

假設(shè)地球為非旋轉(zhuǎn)均質(zhì)圓球，建立再入縱向動力學(xué)方程如下所示，

$\stackrel{\·}{h}=Vsin\mathrm{\γ}---\left(1\right)$

$\stackrel{\·}{V}=-D-gsin\mathrm{\γ}---\left(2\right)$

$\stackrel{\·}{\mathrm{\γ}}=\frac{1}{V}\[L_1+(V^2/r-g)cos\mathrm{\γ}\]---\left(3\right)$

$\stackrel{\·}{s}=rVcos\mathrm{\γ}/R_0---\left(4\right)$

式中，h、V、γ、s分別為再入飛行器的高度、速度、彈道傾角和射程，分別為再入飛行器的高度、速度、彈道傾角和射程對時間的一階導(dǎo)數(shù)；r為從地心至飛行器的徑向距離，兩者關(guān)系為h＝r-R₀，其中R₀為地球半徑；σ為傾側(cè)角；g為重力加速度；L₁和D分別為縱向升力加速度和阻力加速度。