[發明專利]一種考慮地球自轉的高精度降階平穩滑翔動力學建模方法

有效

• 申請號: 201811150221.1
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109446582B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 楊良;陳萬春;杜文豪
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本發明公開了一種考慮地球自轉的高精度降階平穩滑翔動力學建模方法，通過選取能量為自變量并引入平穩滑翔條件，建立彈道傾角與縱向升力之間的解析關系，將六組運動方程壓縮為方三組方程，不僅可以處理耦合的經緯方向的運動，而且通過對向心力與科氏力的技術處理，獲得了考慮地球自轉的高精度解。此外，本發明將飛行器的運動方程表述為縱向與側向升阻比的函數，這與以往航天飛行器的再入制導律是一致的，如此可以使基于本發明方法的再入制導律具有更高的魯棒性并能適用于多種再入情況。

技術領域

本發明屬于航空飛行技術領域，特別涉及一種考慮地球自轉的高精度降階平穩滑翔動力學建模方法。

背景技術

航天飛行器跨大氣層無動力滑翔飛行的過程十分復雜，在線軌跡規劃是提高制導系統自適應性的有效途徑，但是由于各種近地擾動和飛行環境參數的不確定性，要求再入制導方法具有較高精度和自適應性。一般在線軌跡規劃過程中，由于傳統的降階模型不能用于地球自轉無法忽略的情況，但是受復雜而嚴重的動力學環境影響，傳統的降階動力學模型已無法滿足再入制導律魯棒性和自適應性的需求，例如分析不同的初始射向對仿真結果的影響，特別是對于初始射向東西對稱的情況。因此，需要推導更適宜于航天飛行器軌跡規劃的動力學方程以提高軌跡規劃效率。

發明內容

針對需要解決的問題，本發明提出一種考慮地球自轉的高精度降階平穩滑翔動力學建模方法，該方法不僅可以處理耦合的經緯方向的運動，而且通過對向心力與科氏力的技術處理，獲得了考慮地球自轉的高精度解。

為實現上述的發明目的，本發明采用下述的技術方案：一種考慮地球自轉的高精度降階平穩滑翔動力學建模方法，具體步驟如下：

一種考慮地球自轉的高精度降階平穩滑翔動力學建模方法，具體步驟如下：

步驟一，基于圓球假設條件，并考慮地球自轉，獲得無動力滑翔飛行器的三自由度運動方程：

其中，ω_e表示地球自轉角速度，r表示為飛行器質心到地球圓心的地心距離，θ和φ分別表示經度和緯度，v表示飛行器相對于地球的速度，γ表示為飛行器相對于地球速度矢量與當地水平面的夾角，稱之為彈道傾角，ψ表示為飛

行器相對于地球速度矢量在當地水平面的投影與正北方向的夾角，并以順時針旋轉為正，稱之為航向角；m表示飛行器的質量；g＝μ/r²表示為飛行器所受的重力加速度，其中，μ＝3.9860047×10¹⁴m³/s²是地球引力常數；σ表示飛行器沿速度方向旋轉的角度，稱之為傾側角；L和D分別表示飛行器所承受的升力和阻力；

步驟二，在平穩滑翔段，定義彈道傾角γ及彈道傾角相對時間的導數恒為零值，代入所述無動力滑翔飛行器的三自由度運動方程，得：

通過仔細分析向心力與科氏力2ω_esinψcosφ的量級，引入零階項2ω_esinψcosφcosγ-2ω_esinψcosφcosγ＝0并忽略小量，可以得到

引入能量E取代時間作為自變量，其中代入上式整理得到cosγ與縱向升力L的解析關系:

其中，

步驟三，對上式兩側求導，獲得能量E對時間的導數，從而在地球自轉條件下，將總升阻比和縱向升阻比與經緯度、航向角建立聯系，得到以能量E為自變量的降階動力學方程：