高超声速滑翔式再入飞行器制导方法研究

【摘要】：随着航天技术的发展,航天任务日趋复杂,具有快速响应远程精确打击能力的高超声速滑翔式再入飞行器成为各国研究的热点。对于高超声速飞行器整个飞行过程来说,再入段是返回轨道中环境最恶劣和最复杂的一段,设计精确的再入制导律具有重要意义。本文主要工作如下:论文首先分析飞行器再入的受力情况,在返回坐标系中建立了高超声速滑翔式飞行器再入的动力学模型;简化动力学方程并在半速度坐标系中描述了三自由度再入运动方程;分析了飞行器再入过程中所要满足的各种约束条件。以执行对地打击任务的天基高超声速滑翔式再入飞行器为例,对高超声速滑翔式再入飞行器的总体飞行方案,包括系统组成、工作模式及飞行流程进行了分析;并在考虑J2摄动项的条件下,对高超声速滑翔式再入飞行器超低轨巡航飞行时轨道特性进行研究;对主要约束条件包括热流密度、动压、过载以及平衡滑翔等约束进行了建模;并分析了约束条件与走廊边界之间的转化关系以及约束条件对走廊宽度变化的影响;在飞行走廊特性的研究基础上,完成了再入参考飞行剖面的设计。从纵向制导和侧向修正两方面对高超声速滑翔式再入飞行器制导问题分析设计,分别运用D-V剖面跟踪制导方法和状态空间标准轨迹跟踪制导方法完成了高超声速滑翔式飞行器再入制导律的设计:(1)研究了D-V剖面跟踪制导方法的基本思路;通过再入动力学方程得到沿标称轨迹的航程能力,并计算沿参考轨迹剖面的相关参数;设计了D-V剖面跟踪制导律;数学仿真验证D-V剖面跟踪制导方法的跟踪性能。(2)研究了LQR标准轨迹跟踪制导方法的基本原理;完成了LQR最优控制器的设计;采用设计方位误差走廊的方式控制倾侧翻转,保证误差限定在设置的范围内;数学仿真验证LQR跟踪控制制导方法的跟踪性能。
【关键词】：滑翔式再入 标准轨道制导法 再入走廊 D-V剖面跟踪制导 LQR跟踪制导
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V448.23