多约束条件下的升力滑翔式再入轨迹优化

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1、2013年第1期导弹与航天运载技术No.12013总第324期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.324文章编号：1004-7182(2013)01-0001-05DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20130101多约束条件下的升力滑翔式再入轨迹优化121汤亮，杨建民，陈风雨（1.北京宇航系统工程研究所，北京，100076；2.中国运载火箭技术研究院，北京，100076）摘要：结合多约束再入飞行任务，以升力式再入飞行器为研究对象，给出完整的弹道优化模型，研究弹道优化数值解法

2、，并采用高斯伪谱法进行求解计算，得到满足相应约束条件的再入飞行轨迹。仿真结果表明，高斯伪谱法能够求解此类多约束飞行轨迹优化设计问题，并具有较好的效果。关键词：升力式再入飞行器；多约束飞行任务；高斯伪谱法中图分类号：V412文献标识码：ATrajectoryOptimizationwithMulti-constraintsforaLiftingReentryVehicle121TangLiang,YangJianmin,ChenFengyu(1.BeijingInstituteofAstronauticalSystemsE

3、ngineering,Beijing,100076;2.ChinaAcademyofLaunchVehicleTechnology,Beijing,100076)Abstract:Trajectoryoptimizationforaliftingreentryvehicleisresearchedinthepaper.Firstly,acompletemodelforthisproblemisproposedandthenumericalsolutiontheoryfortrajectoryoptimizationiss

4、tudied.Then,theGausspseudospectralmethod(GPM)isusedtosolvethetrajectoryoptimizationproblem,andfinallytheoptimizationtrajectorywhichsatisfiescorrespondingconstraintsisobtained.ThesimulationresultsshowthatGPMcansolvemulti-constraintstrajectoryoptimizationproblemwit

5、hgoodresults.KeyWords:Liftingreentryvehicle;Multi-constraintsflightmission;Gausspseudospectralmethod0引言再入轨迹安全、快速、准确地到达目标位置。[1]升力式再入飞行器升阻比一般大于1，再入后依CAV体积小、速度高，具有很强的横纵向机动能靠升力在大气层内做较长时间的滑翔，通过改变姿态力，其滑翔跳跃式的飞行轨迹难以预测、跟踪及拦截。来获得气动力完成弹道的调整和机动。由于气动效率在释放武器载荷或作为打击武器时具有较高的命中速[

6、4]较高，可以有效实现大范围纵向和横向机动，也便于度，可以充分发挥武器载荷的毁伤效能。不断修正弹道的积累误差，提高落点精度。升力式再入飞行器的性能特点使得设计优化其飞与弹道-升力式再入相比，升力式再入具有再入过行轨迹时，需要考虑动压、热流、控制等一系列约束[2]载小、机动范围大和着陆精度高等特点，在射程、突限制。在执行具体作战任务时，还需要考虑地理政治防、再入机动等方面具有明显优势，在远程快速精确等因素以完成导航、突防和规避动作。打击和重复使用运载器方面具有广阔的应用前景。本文建立升力式再入飞行器的动力学模型，研究200

7、3年，美国FALCON计划中提出的通用再入飞飞行器轨迹设计的各类约束条件，设计了一条满足性行器（CommonAeroVehicle,CAV）就是一种升力式再能指标及任务要求的飞行轨迹。入飞行器。这是一个多功能飞行平台，采用气动力辅助控制技术实现跨大气层滑翔飞行，可搭载不同任务1弹道优化模型[3]载荷完成对远程目标攻击或载荷投送任务。CAV具1.1再入动力学模型备自主导航能力，可以沿着一条满足约束条件的最优考虑地球自转的情况下，无动力、升力式再入动收稿日期：2012-02-15；修回日期：2012-02-24作者简介：汤亮

8、（1986-），男，硕士研究生，研究方向为航天器轨迹设计和分析2导弹与航天运载技术2013年[1]力学模型为路径点：为了搜索目标或因制导等需求而设定的rvsin轨迹必经地点。飞行器必须精确飞经此点，但时间不vcoscos做约束：rcos(twp)C,(twp)Cvcossin