[發明專利]一種基于飛行路徑角規劃的再入軌跡設計方法

有效

• 申請號: 201711285057.0
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN107992074B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 周文雅;王玉桃;馬宏圖;陳洪波;聶振燾;李永遠
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 王丹;李洪福

本發明公開了一種基于飛行路徑角規劃的再入軌跡設計方法，其包括以下步驟：S1、提取飛行器實際工作參數，根據任務需求設置動壓最大值q_max、駐點熱流最大值和過載最大值n_max，求解再入軌跡設計的速度?高度邊界；S2、根據再入運動微分方程，求解初始下降階段的再入軌跡，并根據速度?高度相面內的初始下降階段再入軌跡、速度?高度邊界和目標點，建立飛行路徑角下限γ_min(V)；S3、在飛行路徑角下限γ_min(V)的基礎上，規劃滿足終端約束的飛行路徑角，計算對應的傾斜角，得到再入軌跡。本發明通過主動規劃飛行路徑角，保證再入軌跡滿足路徑及終端約束，得到準確可靠的再入軌跡。

技術領域

本發明涉及航空航天技術領域，具體涉及一種基于飛行路徑角規劃的再入軌跡設計方法。

背景技術

升力式再入航天器具有速度快、航程遠、機動性強等優勢，能夠實現全球快速攻擊或者物資運送等軍事任務。這種飛行器在再入飛行過程中表現為強非線性、強耦合、動態變化快等動力學特征，加之再入飛行需要滿足駐點熱流、動壓、過載等過程約束和速度、位置、航向誤差角等終端約束，使得再入軌跡設計極其困難。

常用描述再入運動的微分方程如下(忽略地球自轉)：

其中：r為地心距(地心到飛行器的距離)；V為飛行速度；θ和φ分別為經度和緯度；γ為飛行路徑角；ψ為航向角。另外，m為飛行器質量。阻力D和升力L的表達式如下：

其中：ρ表示大氣密度；S表示飛行器參考面積；C_L和C_D分別為升力系數和阻力系數(通常根據風洞試驗得到升力系數、阻力系數與攻角α和速度V的關系)。

除上述六個運動狀態量以外，方程中還包含兩個控制變量，即傾斜角σ和攻角α。其中，攻角α的控制作用隱含在阻力系數C_D和升力系數C_L中。

對大氣密度采用指數形式的模型，其具體的表達式如下：

ρ＝ρ₀e^-h/β (9)

其中，ρ₀是海平面處的大氣密度；h代表海拔高度；β為大氣常數；

重力模型如下

其中R₀為地球半徑，并且海拔高度h＝r-R₀，g₀為海平面處重力加速度。

設計再入軌跡，須考慮過程約束和終端約束。過程約束包括駐點熱流、過載和動壓，分別如下：

三種過程約束的邊界是關于地心距r和飛行速度V的等式。

終端約束包括飛行速度V達到終端速度要求，以及地心距、待飛航程和航向誤差角在一定范圍之內：

V_f＝V_TAEM (14)

|r_f-r_TAEM|<Δr (15)