高超声速滑翔式飞行器突防轨迹优化研究.pdf

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1、第21卷第8期电光与控制Vo1．21No．82014年8月ElectronicsOptics&ControlAug．2014doi：tO．3969／j．issn．1671—637X．2014．08．009高超声速滑翔式飞行器突防轨迹优化研究国海峰，黄长强，丁达理，肖红，强晓明(1．空军工程大学航空航天工程学院，西安710038；2．中国人民解放军93987部队军械教研室，西宁810000)摘要：为研究多种约束条件下的高超声速滑翔式飞行器快速突防轨迹优化问题，提出了基于hp自适应伪谱法的多段优化求解策略。建立了高超声速滑翔式飞行器的

2、运动学模型，用三次样条插值拟合升力系数和阻力系数。综合考虑动压、过载和热流约束，建立了考虑禁飞区和航路点的约束模型。详细阐述了hp自适应伪谱法的求解原理，提出了以航路点为分段点的求解策略，最后以最小到达时间为代价函数对高超声速滑翔式飞行器再入突防过程进行了数字仿真。仿真结果表明，基于分段求解策略的最优轨迹能够有效满足各种约束条件的限制，达到了快速突防的目的。关键词：轨迹优化；高超声速；滑翔；突防；多约束；伪谱法中图分类号：V271．4文献标志码：A文章编号：1671—637X(2014)08—0042—05OnPenetratio

3、nTrajectoryOptimizationfortheHypersonicGlidingAircraftGU0Hai—feng，HUANGChang—qiang，DINGDa—li，XIAOHong，QIANGXiao．ming(I．EngineeringCollegeofAeronauticsandAstronautics，AirForceEngineeringUniversity，Xi’an710038，China；2．OrdnanceTeachingandResearchSection，No．93987UnitofPLA

4、，Xining810000，China)Abstract：Tostudytherapidpenetrationtrajectoryoptimizationofthehypersonicglidingaircraftconsideringmultipleconstrains，amulti-phaseoptimizationstrategywasputforwardbasedonhpadaptivepseudo—spectralmethod(hpAPM)．Thekineticmodelofthehypersonicglidingair

5、craftwasbuiltup，andtherelationshipbetweentheliftcoefficientanddTagcoeficientwasfittedbyusingcubicsplineinterpolation．Themodelsofno-flyzoneandwaypointwerefoundconsideringtheconstrainsofdynamicpress，overloadandheatflux．TheprincipleofthehpAPMwasexpounded，thenanideawaspro

6、posed，whichtakingthewaypointsasthesegmentpointsofthetrajectory．Simulationwasmadetotherapidpenetrationoptimizationtrajectoryofthehypersonicglidingaircraftwiththeobjectiveofminimizingthearrivaltime．Theresultsofthesimulationindicatedthattheoptimizedtra："ectoryusingthemul

7、ti—phasemethodcansatisfyalloftheconstrainsandmeetthedemandofrapidpenetration．Keywords：trajectoryoptimization；hypersonic；diding；penetration；multi-constrain；pseudospectralmethod轨迹优化问题实际上是最优化控制问题。求解最0引言优化问题的数值方法主要分为间接法和直接法。间接2003年，美国DARPA与空军联合启动了FALCON法满足一阶最优性条件，但是求解困难。直

8、接法通过计划，该计划的近期目标是使用小型运载火箭将通用航离散化微分方程的方法把最优控制问题转化为非线性空飞行器(CAV)或增强型CAV(ECAV)发射到亚轨道，规划问题，求解简单，并且对初值不敏感。具有代表性然后CAV再入机动滑翔飞行实现快速打击。