高超声速飞行器多目标复杂约束滑翔弹道优化

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1、高超声速飞行器多目标复杂约束滑翔弹道优化收稿日期：2015-10-10基金项目：国家自然科学基金资助项目（11502289）作者简介：谢愈（1982-），男，湖南宁乡人，讲师，博士，E-mail：15111155218@139.com；潘亮（通讯作者），男，副研究员，博士，E-mail：panliang.2000@gmail.com谢愈，潘亮，谷学强，陈璟（国防科学技术大学机电工程与自动化学院，湖南长沙410073）摘要：提出了针对气动热、过载、动压、控制量、航路点、禁飞区以及终端状态等复杂约束条件下的高超声速飞行器多目标滑翔弹道优

2、化方案。首先建立了换极运动模型，简化了部分约束条件的处理，并规避了传统运动模型的奇异问题；在此基础上，引入物理规划方法将多目标优化问题转换为反映设计者不同偏好的单目标优化问题；进一步基于分段Gauss伪谱方法将弹道单目标优化的最优控制问题转换为非线性规划问题进行求解。仿真结果表明，该方法获得的滑翔优化弹道能满足复杂约束要求，同时能够反映设计者不同偏好。关键词：高超声速飞行器；滑翔弹道优化；复杂约束；多目标优化；换极运动模型；物理规划；分段Gauss伪谱法中图分类号：V412文献标志码：A文章编号：GlidingTrajectoryO

3、ptimizationwithMultipleObjectivesandComplicatedConstraintsforHypersonicVehiclesXIEYu,PANLiang,GUXueqiang,CHENJing(CollegeofMechatronicEngineeringandAutomation,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:Thepaperstudiesamulti-objectiveglidingtraj

4、ectoryoptimizationschemeforhypersonicvehicleswithcomplicatedconstraintssuchasaerodynamicheating,overload,dynamicpressure,controlvariables,waypoints,no-flyzones,andterminalstates.Thepole-transformedmotionequationsarededucedtosimplifysomeoftheconstraintsandtoavoidthesing

5、ularityofthetraditionalmotionequations;Basedonwhich,thephysicalprogrammingisemployedtoconvertthemulti-objectiveoptimizationproblemtoasingleoptimizationobjectiveproblemconsideringthedesigner’spreference.Then,theoptimizationproblemissolvedbyconvertingtheoptimalcontrolpro

6、blemofthesingleobjectivetrajectoryoptimizationproblemtoanonlinearprogrammingproblembasedonthemulti-phaseGausspseudospectralmethod.Theresultsdemonstratethatthealgorithmcangenerateoptimalglidingtrajectoriessatisfyingallthecomplicatedconstraintswhilethedesigner’spreferenc

7、ecanbetakenintoconsideration.Keywords:hypersonicvehicle；glidingtrajectoryoptimization；complicatedconstraints；multi-objectiveoptimization；pole-transformedmotionequations；physicalprogramming；multi-phaseGausspseudospectralmethod10高超声速飞行器是一种飞行速度超过5马赫的大升阻比无动力滑翔飞行器。它一般通过助推火箭

8、发射到一定高度或从空间轨道释放后，利用自身气动升力在临近空间作远距离高超声速机动滑翔飞行。高超声速飞行器飞行高度相对较低、飞行速度快、机动变轨能力强，难以被防御方预测和拦截，具有广阔的军事应用前景。滑翔弹道优化技术是高超声速飞行器的关