[發明專利]一種考慮二次拉升的組合動力飛行器軌跡快速規劃方法

有效

• 申請號: 202110927468.5
• 申請日: 2021-08-11
• 公開（公告）號: CN113721646B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 劉魯華;殷舒楠
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 高冰

本發明公開了一種考慮二次拉升的組合動力飛行器軌跡快速規劃方法，該方法包括：組合動力飛行器沿上升段軌跡飛行，進入巡航段；在巡航段等速等高巡航過程中，判斷到任務目標改變，提取任務目標中的約束條件；根據組合動力飛行器的剩余燃料給出多組燃料分配方式，并估算各組燃料分配方式下的節點狀態量，得到對應的二次拉升軌跡；根據約束條件篩選最優燃料分配方式，確定對應的二次拉升軌跡；根據最優燃料分配方式和對應的二次拉升軌跡執行二次拉升，加速結束后進入著陸階段。通過使用本發明，可以在動力段末端進行拉升，滿足飛行任務改變的需求。本發明作為一種考慮二次拉升的組合動力飛行器軌跡快速規劃方法，可廣泛應用于飛行器軌跡規劃領域。

技術領域

本發明涉及飛行器軌跡規劃領域，尤其涉及一種考慮二次拉升的組合動力飛行器軌跡快速規劃方法。

背景技術

火箭基組合循環(Rocket-BasedCombinedCycle,RBCC)飛行器是現階段實現經濟、快速、可重復的航天運輸系統的途徑之一。RBCC的主要工作模態包含沖壓模態和火箭模態。其中沖壓模態為吸氣式發動機，其工作性能和飛行器狀態耦合，難以給出精確的數學模型。同時對飛行狀態、控制量提出了更嚴格的約束。這使得組合動力飛行器軌跡規劃問題更加復雜，傳統的軌跡規劃方法(間接法、打靶法、偽譜法等)的初值猜測更加困難，導致軌跡規劃效率下降。目前多級組合動力飛行器任務軌跡設計多為水平起飛或由火箭發射，加速達到分離條件后與上面級分離，之后進行巡航和著陸。但現階段飛行任務更加多樣化、靈活化，飛行過程中增加過程目標、終端任務點改變等是現有的軌跡設計難以解決的問題。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種考慮二次拉升的組合動力飛行器軌跡快速規劃方法，具有二次拉升環節的組合動力飛行器軌跡可以在動力段末端進行拉升，滿足飛行任務改變的需求。

本發明所采用的技術方案是：一種考慮二次拉升的組合動力飛行器軌跡快速規劃方法，包括以下步驟：

組合動力飛行器沿上升段軌跡飛行，進入巡航段；

在巡航段等速等高巡航過程中，判斷到任務目標改變，提取任務目標中的約束條件；

根據組合動力飛行器的剩余燃料給出多組燃料分配方式，并估算各組燃料分配方式下的節點狀態量，得到對應的二次拉升軌跡；

根據約束條件篩選最優燃料分配方式，確定對應的二次拉升軌跡；

根據最優燃料分配方式和對應的二次拉升軌跡執行二次拉升，加速結束后進入著陸階段。

進一步，所述根據組合動力飛行器的剩余燃料給出多組燃料分配方式，并估算各組燃料分配方式下的節點狀態量，得到對應的二次拉升軌跡這一步驟，其具體包括：

設定巡航段燃料Δm₁和二次拉升段沖壓模態燃料Δm₂的分配區間；

根據剩余燃料Δm和巡航段燃料Δm₁和二次拉升段沖壓模態燃料Δm₂，確定二次拉升段火箭模態的能量Δm₃，得到燃料分配方式；

基于二次拉升軌跡剖面的半解析估算方法估算巡航段、二次拉升段沖壓模態、二次拉升段火箭模態和再入段節點狀態，得到對應的二次拉升軌跡。

進一步，所述基于二次拉升軌跡剖面的半解析估算方法估算巡航段、二次拉升段沖壓模態、二次拉升段火箭模態和再入段節點狀態，得到對應的二次拉升軌跡這一步驟，其具體包括：

根據組合動力飛行器的運動模型和二次拉升段沖壓模態發動機模型，求出巡航段的組合飛行器閥門、二次拉升段沖壓模態的程序角、二次拉升段火箭模態的程序角和再入段的D-V剖面，得到二次拉升軌跡剖面；