快船式飛行器再入軌跡優(yōu)化與制導(dǎo)方法研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：V412 學(xué)校代碼： 10213 國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：620 密級(jí)：公開(kāi) 工學(xué)博士學(xué)位論文 快船式飛行器再入軌跡優(yōu)化與制導(dǎo) 方法研究 博 士 研 究 生： 趙彪 導(dǎo) 師： 崔祜濤 教授 副 導(dǎo) 師： 郭繼峰 副教授 申 請(qǐng) 學(xué) 位： 工學(xué)博士 學(xué) 科： 航空宇航科學(xué)與技術(shù) 所 在 單 位： 航天學(xué)院 答 辯 日 期： 2013 年 6 月 授 予 學(xué) 位 單 位： 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 摘 要 - I - 摘 要 相比小升阻比飛

2、行器，較高升阻比的氣動(dòng)外形從根本上決定了升力式飛行器具有再入過(guò)載小，機(jī)動(dòng)范圍大，著陸精度高的優(yōu)點(diǎn)，具有巨大的吸引力和發(fā)展前景。美國(guó)、俄羅斯、歐盟均對(duì)基于升力式再入的天地往返飛行器研制投入了相當(dāng)?shù)娜肆?、物力和?cái)力。但歷史飛行實(shí)踐證明，研制上述飛行器所必須的系統(tǒng)可靠性、可重復(fù)使用等相關(guān)技術(shù)成熟度遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)計(jì)的程度。技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致的重大事故使航天事業(yè)重創(chuàng)并促使了技術(shù)反思，新一代的天地往返飛行器必須也必然會(huì)在功能定位上更加明確，在系統(tǒng)規(guī)模上適當(dāng)縮

3、減，并著力提高系統(tǒng)可靠性。 美國(guó)在宣布正式退役航天飛機(jī)的同時(shí)，啟動(dòng)了新一代運(yùn)載器和新一代飛船的研制；同期，俄羅斯適時(shí)的公開(kāi)了一種介于傳統(tǒng)載人飛船和航天飛機(jī)的新型天地往返可重復(fù)使用飛行器“快船” 。快船式飛行器雙構(gòu)型方案設(shè)計(jì)具有同時(shí)滿足技術(shù)性和可靠性需求的潛力，代表了新一代天地往返飛行器的發(fā)展方向。本研究基于對(duì)國(guó)內(nèi)外天地往返飛行器技術(shù)發(fā)展路線的歸納總結(jié)，以及對(duì)新一代天地往返飛行器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的分析，以類(lèi)似快船式飛行器兩種構(gòu)型方案設(shè)計(jì)的一類(lèi)

4、升力式再入飛行器為具體對(duì)象，研究了適于分析其再入段受力環(huán)境和軌跡特性的數(shù)值計(jì)算方法，并以此為基礎(chǔ)，分別針對(duì)上述兩種不同構(gòu)型的快船式飛行器，研究了具有較強(qiáng)的自主性和穩(wěn)健性的高精度再入制導(dǎo)方法，主要包括以下幾個(gè)方面： 首先，根據(jù)總體設(shè)計(jì)階段的任務(wù)，針對(duì)快船式飛行器雙構(gòu)型方案模型的特點(diǎn)，從系統(tǒng)均衡角度分別選用了工程計(jì)算方法和數(shù)值計(jì)算方法，進(jìn)行了再入邊界條件下的縱向氣動(dòng)特性計(jì)算和分析。計(jì)算結(jié)果表明，快船式飛行器縱向氣動(dòng)系數(shù)隨攻角和馬赫數(shù)的變化具

5、有規(guī)律性。在小攻角范圍，氣動(dòng)系數(shù)總體變化平緩，攻角繼續(xù)增大時(shí)，激波干擾誘發(fā)氣流分離并形成分離旋渦，導(dǎo)致了飛行器表面壓力載荷分布的復(fù)雜變化，表現(xiàn)為氣動(dòng)系數(shù)的非線性變化。 其次，研究了一般序列梯度-修復(fù)算法在升力式再入飛行器軌跡優(yōu)化問(wèn)題中的具體應(yīng)用，形成了一種改進(jìn)的序列梯度-修復(fù)軌跡優(yōu)化方法。通過(guò)對(duì)控制約束和過(guò)程約束一般數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)化處理，建立了增廣的再入運(yùn)動(dòng)方程和控制變量，為減小再入運(yùn)動(dòng)模型固有的強(qiáng)非線性的影響，引入了狀態(tài)積分的更新方法，