[發(fā)明專利]基于準(zhǔn)平衡滑翔原理的力熱控制耦合設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710103771.7
• 申請(qǐng)日: 2017-02-24
• 公開（公告）號(hào): CN106643341B
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張箭飛;季登高;余穎;沈海濱;朱廣生;陳敏;閔昌萬(wàn);肖振;武斌;謝佳;王軍權(quán);郭振西;孫曉松
• 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(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): F42B15/01
• 分類號(hào): F42B15/01
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

基于準(zhǔn)平衡滑翔原理的力熱控制耦合設(shè)計(jì)方法，基于準(zhǔn)平衡滑翔原理，利用當(dāng)?shù)貜椀纼A角變化率以及當(dāng)?shù)貜椀纼A角接近為零的假設(shè)，建立再入飛行器動(dòng)力學(xué)模型，將力熱約束轉(zhuǎn)化為飛行走廊約束，以傾側(cè)角為單變量進(jìn)行優(yōu)化，將飛行軌跡控制在飛行走廊內(nèi)，滿足力熱要求與航程要求。本發(fā)明將熱流、過(guò)載等約束條件轉(zhuǎn)化為等效升阻比的邊界，通過(guò)等效升阻比實(shí)現(xiàn)了力熱控的緊耦合設(shè)計(jì)，提升了滑翔飛行器的整體性能，解決了力熱控互相制約、耦合設(shè)計(jì)難的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于準(zhǔn)平衡滑翔原理的力熱控制耦合設(shè)計(jì)方法，屬于飛行器總體設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

再入飛行器與常規(guī)制導(dǎo)武器的飛行環(huán)境相比較為惡劣，且其航程一般都很長(zhǎng)。為了保證再入制導(dǎo)武器在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間飛行之后依然能夠精確地命中目標(biāo)，有必要對(duì)其制導(dǎo)方法進(jìn)行研究分析。臨近空間的大氣環(huán)境是復(fù)雜惡劣的，因此在設(shè)計(jì)飛行器的再入制導(dǎo)控制策略時(shí)必須要同時(shí)考慮大氣熱流、動(dòng)壓等約束。再入制導(dǎo)的主流方法主要有：標(biāo)準(zhǔn)軌跡法、預(yù)測(cè)－校正方法等。

標(biāo)準(zhǔn)軌道法從實(shí)現(xiàn)上來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，給定目標(biāo)的位置后可以事先設(shè)計(jì)出一條符合各種再入約束和終端約束的理論軌道。再入制導(dǎo)武器發(fā)射前把理論軌道數(shù)據(jù)裝訂進(jìn)去，進(jìn)入大氣層再入制導(dǎo)過(guò)程中飛行器上搭載的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)不斷地比較飛行器的當(dāng)前軌道狀態(tài)數(shù)據(jù)與理論軌道數(shù)據(jù)，根據(jù)這之間的差值來(lái)形成控制指令，去控制飛行器做機(jī)動(dòng)飛行。這種制導(dǎo)策略雖然能主動(dòng)修正誤差，但設(shè)計(jì)方法是基于典型動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)，并沒(méi)有進(jìn)行定量的耦合計(jì)算，因此無(wú)法滿足力熱環(huán)境設(shè)計(jì)精準(zhǔn)化的需要。

預(yù)測(cè)－校正方法，也稱為Eguide(在線規(guī)劃)，通過(guò)牛頓迭代和數(shù)值積分選擇參數(shù)，從而根據(jù)實(shí)際的飛行條件獲得期望的軌跡。將航天飛機(jī)的軌跡設(shè)計(jì)方法拓展到三維，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行再入軌跡設(shè)計(jì)和制導(dǎo)處理。該算法沿著參考狀態(tài)和傾側(cè)角剖面，產(chǎn)生參考阻力加速度和側(cè)向加速度剖面。此方法的優(yōu)點(diǎn)是制導(dǎo)精度較高，并對(duì)初始誤差不敏感；缺點(diǎn)是此方法需要進(jìn)行在線規(guī)劃，且控制方案復(fù)雜、計(jì)算量大，對(duì)彈上計(jì)算機(jī)的處理能力要求較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于準(zhǔn)平衡滑翔原理的力熱控制耦合設(shè)計(jì)方法，提升了滑翔飛行器的整體性能，解決了力熱控互相制約、耦合設(shè)計(jì)難的問(wèn)題，同時(shí)不需要在線規(guī)劃，控制方案簡(jiǎn)單。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：基于準(zhǔn)平衡滑翔原理的力熱控制耦合設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：

(1)建立基于準(zhǔn)平衡滑翔原理建立再入飛行器動(dòng)力學(xué)模型：