亚轨道飞行器任务中止再入轨迹优化设计

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1、第27卷第3期计算机仿真2010年3月文章编号：1006—9348(2010)03—0073—04亚轨道飞行器任务中止再入轨迹优化设计崔锋1，李新国1，李新三2(1．西北工业大学航天学院，陕西西安710072；2．第二炮兵士官学校，山东青州262500)摘要：针对亚轨道飞行器上升段由于动力故障任务中止时再人返回的问题。考虑飞行模型简化和故障后的燃料处理方案，通过遗传算法优化设计最优返回轨迹，优化时选取经向飞行航程最远作为性能指标，并采用遗传算法，解决用于再入轨迹优化所涉及的关键问题，并进行仿真。仿真结果表明，方法不但满足飞行器返回过程中加热率、过载、动压约束以及终端状态约束，能够通过飞行航程

2、最远消耗飞行器能量从而安全着陆，而且可以较快地搜索到全局最优解。能够用于亚轨道飞行器故障再入轨迹的优化设计。关键词：贬轨道飞行器；动力故障；任务中止；再人返回；遗传算法中图分类号：V448．235文献标识码：BMissionAbortRe—entryTrajectoryOptimizationofSuborbitalReusableLaunchVehicleCUIFen91，LIXin—gu01；LIXin—san2(1．CollegeofAstronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’anShanxi710072，China；2．Th

3、eSecondArtilleryForceAcademy，ShandongQingzhou262500，China)ABSTRACT：ConsideringthemissionabortofenginefailureduringtheascentstageofSuborbitalReusableLaunchVehicle，thesimplemodelandthefailureproject，geneticalgorithmsisusedtodesigntheoptimalreentrytrajectory，thelongitudinalflightrangeisdefinedagtheper

4、formanceindex，andsomekeyproblemssuchasparametefizedmeth-odarediscussedindetail．Simulationresultsdemonstratethatnotonlythedesignedreentrytrajectorysatisfiesvariousconstraintssuchasovedoad，heatrate，dynamicpressureandtheboundaryconstraints，theoptimaltrajectorymaxi-mizesflightrangeandasafelandingCallbe

5、reached，butalsotheoptimizationresultscanbeobtainedfaster．Thege-neficalgorithmsofSuborbitalReusableLaunchVehicleCanbeusedtodesignoptimizationreentrytrajectory．KEYWORDS：SRLV；Enginefailure；Missionabort；Reentrytrajectory；Geneticalgorithms1引言亚轨道飞行器(SRLV)是指从地面发射，在亚轨道空间运行作业，然后重返地面的跨大气层可重复使用飞行器。亚轨道飞行器不具备轨道

6、运行的速度，但向上可以加速入轨，向下可以快速到达地面，具有广泛的应用前景，在军事上可以提供一种快速进入太空进行监视、高空侦察、武器投送的新手段，在民用上可以开发出诸如太空旅游、快速包裹投送、微重力加工等新兴市场。此外，由于亚轨道飞行器飞行速度相对较低，飞行峰点高度也仅为50—120公里，这就使得亚轨道飞行器相对于轨道飞行器而言体积较小，系统结构简单，价格低廉，发射更为方便快捷，更容易实现飞行器的重复使用。亚轨道飞行器虽然相较轨道飞行器而言系统简化了很收稿日期：2009—02—11修回日期：2009—0r7—3l多，但运行时仍潜在很高的故障发生率，其运行时可能的故障可分为以下几类：第一类指那些

7、不影响飞行任务和乘员生命安全的小故障，飞行器可以继续飞行以完成任务；第二类是指比较严重的故障，此时飞行器应中止飞行任务，确保飞行器和乘员都能安全返回；第三类是指非常严重的飞行故障，此时只能尽量确保飞行乘员的生命安全；最后一类是指灾难性的事故，此时飞行器与乘员均无法挽回。据统计，在所有的亚轨道飞行器飞行实验所发生的故障中，90％左右的故障是直接或间接由推进系统产生的。本文即针对上升段飞行器发动机发生故障而停止工