快船式飛行器再入軌跡優(yōu)化與制導方法研究.pdf

1、國內圖書分類號：V412 學校代碼： 10213 國際圖書分類號：620 密級：公開 工學博士學位論文 快船式飛行器再入軌跡優(yōu)化與制導 方法研究 博 士 研 究 生： 趙彪 導 師： 崔祜濤 教授 副 導 師： 郭繼峰 副教授 申 請 學 位： 工學博士 學 科： 航空宇航科學與技術 所 在 單 位： 航天學院 答 辯 日 期： 2013 年 6 月 授 予 學 位 單 位： 哈爾濱工業(yè)大學 摘 要 - I - 摘 要 相比小升阻比飛

2、行器，較高升阻比的氣動外形從根本上決定了升力式飛行器具有再入過載小，機動范圍大，著陸精度高的優(yōu)點，具有巨大的吸引力和發(fā)展前景。美國、俄羅斯、歐盟均對基于升力式再入的天地往返飛行器研制投入了相當?shù)娜肆?、物力和財力。但歷史飛行實踐證明，研制上述飛行器所必須的系統(tǒng)可靠性、可重復使用等相關技術成熟度遠未達到預計的程度。技術風險導致的重大事故使航天事業(yè)重創(chuàng)并促使了技術反思，新一代的天地往返飛行器必須也必然會在功能定位上更加明確，在系統(tǒng)規(guī)模上適當縮

3、減，并著力提高系統(tǒng)可靠性。 美國在宣布正式退役航天飛機的同時，啟動了新一代運載器和新一代飛船的研制；同期，俄羅斯適時的公開了一種介于傳統(tǒng)載人飛船和航天飛機的新型天地往返可重復使用飛行器“快船” ?？齑斤w行器雙構型方案設計具有同時滿足技術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。本研究基于對國內外天地往返飛行器技術發(fā)展路線的歸納總結，以及對新一代天地往返飛行器技術發(fā)展趨勢的分析，以類似快船式飛行器兩種構型方案設計的一類

4、升力式再入飛行器為具體對象，研究了適于分析其再入段受力環(huán)境和軌跡特性的數(shù)值計算方法，并以此為基礎，分別針對上述兩種不同構型的快船式飛行器，研究了具有較強的自主性和穩(wěn)健性的高精度再入制導方法，主要包括以下幾個方面： 首先，根據(jù)總體設計階段的任務，針對快船式飛行器雙構型方案模型的特點，從系統(tǒng)均衡角度分別選用了工程計算方法和數(shù)值計算方法，進行了再入邊界條件下的縱向氣動特性計算和分析。計算結果表明，快船式飛行器縱向氣動系數(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，氣動系數(shù)總體變化平緩，攻角繼續(xù)增大時，激波干擾誘發(fā)氣流分離并形成分離旋渦，導致了飛行器表面壓力載荷分布的復雜變化，表現(xiàn)為氣動系數(shù)的非線性變化。 其次，研究了一般序列梯度-修復算法在升力式再入飛行器軌跡優(yōu)化問題中的具體應用，形成了一種改進的序列梯度-修復軌跡優(yōu)化方法。通過對控制約束和過程約束一般數(shù)學模型的轉化處理，建立了增廣的再入運動方程和控制變量，為減小再入運動模型固有的強非線性的影響，引入了狀態(tài)積分的更新方法，