高超声速滑翔飞行器摆动式机动突防弹道设计

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstrOnauticaSinicaDec．252011V01．32No．122174．2181ISSN1000-6893ON11-1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．Gnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)12-2174—08高超声速滑翔飞行器摆动式机动突防弹道设计谢愈，刘鲁华，汤国建*，徐明亮国防科学技术大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073摘要：为提高大升阻比高超声速滑翔飞行器机动突防能力，提出了一种侧向摆动式机动弹道的设计方法

2、。基于动态逆的思想，建立了侧向摆动式机动弹道的弹道形式和所需倾侧角间的关系模型；在平衡滑翔假设下，将包括动压、过载和热流在内的飞行约束转化为迎角约束，从而确定了迎角一速度飞行走廊；在此基础上，设计了平衡滑翔情况下满足侧向摆动式机动及飞行约束所需的迎角变化规律。根据所设计的迎角和倾侧角，即可实现平衡滑翔情况下预定机动模式的侧向机动。以HTV(HypersonicTechnologyVehicle)为例进行仿真分析，结果表明该方法能够快速设计出预定机动幅度和机动频率的侧向摆动式机动突防弹道。关键词：高超声速飞行器；摆动式机动；动态逆；突

3、防；迎角一速度飞行走廊；平衡滑翔中图分类号：V412文献标识码：A高超声速滑翔飞行器一般是指飞行马赫数大于5、能利用自身特殊的气动外形提供升力在临近空间进行无动力滑翔飞行的飞行器。高超声速滑翔飞行器的典型代表是美国的CAV(CommonAeroVehicle)L1。2]，现已更名为HTV(HypersonicTechnologyVehicle)。相对于传统的弹道式导弹，高超声速滑翔飞行器具有机动能力强、弹道灵活多变难于拦截等诸多优点，在军事上具有广泛的应用前景，受到了世界各军事大国的高度重视。在接近目标区域的飞行末段，高超声速滑翔飞

4、行器的速度和高度均大幅降低，且弹道一般较为平缓，容易被防御方拦截。为此，有必要设计额外的机动模式，当飞行器通过防御方拦截区域时，按一定幅度和频率进行突防机动，以提高防御方跟踪探测及拦截难度。高超声速滑翔飞行器弹道规划与优化设计技术是国内外研究的热点[3_8]，但其机动突防弹道设计方面的研究报道仍较少。目前，关于机动突防弹道设计方面的研究主要针对反舰导弹及弹道导弹。文献[9]采用过载控制技术，建立了反舰导弹末端机动的一体化控制模型。利用该模型控制导弹完成了末端跃升、蛇行、摆式和螺旋等各种机动方式。文献[10]基于虚拟目标的概念设计了一

5、种适合于三维空间情况的比例导引律，利用该导引律引导反舰导弹去追踪空间的虚拟目标，实现了反舰导弹大空域变轨机动。文献[11]研究了弹道导弹再入弹头螺旋机动的产生机理，并通过反馈线性化方法实现螺旋机动的控制过程，最后通过实例仿真说明螺旋机动具有良好的突防能力。文献[12]～文献[14]从拦截导弹制导控制的角度，说明了摆动式机动能够较好地提高突防性能。本文以大升阻比高超声速滑翔飞行器为研究对象，借鉴反舰导弹和弹道导弹机动弹道设计思路，结合该型飞行器的飞行特性，研究了侧向摆动式机动突防弹道的实现方法。考虑到飞行器机动变轨需消耗能量，假设飞行

6、器有足够多的剩余能收稿日期：2011-02-25；退修日期：2011-04—10：录用日期：2011-09·11；网络出版时间：2011-09—2108：30网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20110921．0830．001．hnllIDOI：CNKI：11-1129／V．20110921．0830，001*通讯作者．Tel．：0731·84573140E-mail：gjtang僧263．net引用格武

7、谢惫．棚l华．汤圄建．等j高超声速滑翔飞行器摆动武机动突哮弹道设计EJ]i航空

8、学报，2011．32(12)：2174-2181．XieYu。L

9、uLuhua。TangGuojian．eta1．Weavmgmaneuvertrajectorydesignforhypersonicglidevehicles[J_7．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．20¨，32(12)：2174-2181．谢愈等：高超声速滑翔飞行器摆动式机动突防弹道设计量以实现侧向机动，即弹道设计中不考虑终端速度或射程约束。1运动方程假设地球为旋转椭球，在半速度系[153中建立运动方程。描述飞行器运动状态的

10、变量包括地心距r、经度A、地心纬度庐、速度大小口、速度倾角口和航迹偏航角仃。运动方程为[1朝r一可sin口；一口cos护sin盯^一rcos壬；：型塑旦盟塑。=一暑+毋sin口+g。．(cosorCOS口COS声+sin口sin≠)+