新型变体轴再入飞行器概念设计与能力分析研究

发布时间：2017-10-13 06:45

  本文关键词：新型变体轴再入飞行器概念设计与能力分析研究

  更多相关文章： 可变体轴飞行器 CFD计算 Gauss伪谱法 再入制导 预测校正

【摘要】：高超声速再入飞行器的再入速度在5马赫数以上,这种再入飞行器作为武器具有快速响应、远距离精确打击等多种优势,因此各国均开始了对高超声速再入飞行器的研究,在这方面的研究具有十分重要的研究意义。对国外的典型高超声速再入飞行器按照升阻比分类,可以分为两大类:其一是以“快船”有翼式飞行器为代表的高升阻比飞行器,这类飞行器有横程较大,机动能力较强,最大热流值和最大减速过载小等优点,但同时也存在着再入飞行时间长、末端速度小的缺点;另一类是以“快船”无翼式和“HGB”为代表的低升阻比飞行器,这类飞行器再入时间小、末端速度大,且气动加热的总量较小,但其最大过载值和最大热流值很高、横向机动能力有限。本文为了解决高升阻比类型飞行器和低升阻比类型飞行器不能兼有大横程、大落速、小再入飞行时间和不能适应多任务需求的特点,提出了一种具有高窄、扁平两种方向的变体轴飞行器,飞行器横截面为椭圆形,扁平方向的特征面积远大于高窄方向的特征面积,这样在同样的来流条件下,如果飞行器以相同马赫数和攻角进行飞行,以扁平方向飞行的升阻比要远大于以高窄方向飞行下的升阻比。为了验证所提出的变体轴再入飞行器的再入能力,本文首先调研了国外高超声速再入飞行器的气动外形和再入能力现状,对变体轴飞行器进行三维建模,并将模型和所设定的求解域同样导入相关软件进行非结构网络的划分,然后导入到CFD-FASTRAN中进行CFD计算,得到飞行器在不同马赫数和攻角飞行下的升阻比、升力系数、阻力系数和法向力轴向力系数等典型气动参数。之后通过Gauss伪谱法进行轨迹优化设计,选序列二次规划算法为非线性规划问题的求解器,生成标准轨迹;选取各Gauss点作为航路点,进行各个航路点之间的预测-校正制导,通过预测-校正制导方法进行各个航路点之间的制导;待到飞行器接近目标时,重新瞄准,进行轨迹在线重生并通过LQR控制器跟踪控制。在仿真分析中,基于三种轨迹优化情况对可变体轴飞行器的四种飞行模式进行了仿真计算,得到了各个轨迹优化情况下不同飞行模式的再入性能表征参数。
【关键词】：可变体轴飞行器 CFD计算 Gauss伪谱法 再入制导 预测校正
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V221
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1. 课题背景及研究目的8
• 1.2. 国内外研究现状8-15
• 1.2.1. 高超声速飞行器研究现状8-14
• 1.2.2. 飞行器再入轨迹优化设计方法研究现状14
• 1.2.3. 飞行器的再入制导方法研究现状14-15
• 1.3. 本文主要研究内容15-16
• 1.4. 本章小结16-17
• 第2章 再入飞行器模型建立17-33
• 2.1. 地球模型17-22
• 2.1.1. 地球引力模型17-20
• 2.1.2. 大气模型20-22
• 2.2. 坐标系的建立22-32
• 2.2.1. 坐标系的定义22-24
• 2.2.2. 坐标系间的转换24-25
• 2.2.3. 再入空间弹道模型25-32
• 2.3. 本章小结32-33
• 第3章 再入飞行器总体参数设计与计算33-52
• 3.1. 变体轴飞行器总体参数及气动外形设计33-36
• 3.2. 气动参数数值模拟计算方法36-39
• 3.2.1. 基本控制方程36-38
• 3.2.2. 再入过程的绕流特征38-39
• 3.3. 变体轴飞行器气动计算步骤39-41
• 3.3.1. 计算网格划分39-40
• 3.3.2. 非结构化求解器及定解条件设置40
• 3.3.3. 变体轴飞行器气动计算条件40-41
• 3.4. 变体轴飞行器绕流场特性分析41-43
• 3.5. 变体轴飞行器气动计算结果及特性分析43-51
• 3.5.1. 扁平方向飞行43-46
• 3.5.2. 高窄方向飞行46-49
• 3.5.3. 优化后气动特性49-51
• 3.5.4. 扁平、高窄气动特性对比分析51
• 3.6. 本章小结51-52
• 第4章 飞行器再入轨迹设计与制导方法研究52-61
• 4.1. 基于GAUSS伪谱法的轨迹优化设计52-54
• 4.1.1. 最优控制问题的一般描述52-53
• 4.1.2. 再入轨迹优化问题53-54
• 4.2. 考虑航路点的混合制导策略54-59
• 4.2.1. 航路点的确定54-55
• 4.2.2. 混合制导策略的基本思路55
• 4.2.3. 航路点间预测-校正制导算法55-58
• 4.2.4. 重新瞄准段的轨迹生成与跟踪58-59
• 4.3. 制导方法性能仿真与分析59-60
• 4.4. 本章小结60-61
• 第5章 飞行器再入能力仿真分析61-77
• 5.1. 可变体轴飞行器再入能力仿真61-75
• 5.1.1. 飞行器再入攻角剖面的选择61-63
• 5.1.2. 变体轴飞行器再入弹道仿真分析63-67
• 5.1.3. 变体轴再入最优弹道仿真分析67-72
• 5.1.4. 横程最大攻角剖面72-75
• 5.2. 各飞行器再入横程、末端速度、最小飞行时间对比分析75-76
• 5.3. 本章小结76-77
• 结论77-78
• 参考文献78-82
• 致谢82

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈新发,邓克文,蒲永飞;再入飞行器总体方案的模糊综合决策[J];导弹与航天运载技术;2004年04期

2 吴兆宗;再入飞行器再入函数及其导数与积分[J];导弹与航天运载技术;2005年02期

3 夏克寒;牟建华;夏治寒;;再入飞行器仿真系统设计与实现[J];弹箭与制导学报;2008年01期

4 ;再入飞行器的进展处在十字路口[J];现代防御技术;1974年02期

5 ;为高分辨再入飞行器摄影用的一种机载望远镜照象系统[J];光学机械;1975年06期

6 王鑫泉;;先进的再入飞行器试验计划[J];现代防御技术;1976年03期

7 T.C.Lin;孙毅俊;;再入飞行器最佳外形探讨[J];国外导弹技术;1985年01期

8 黄品秋;;弹道式导弹再入飞行器[J];国外航天运载与导弹技术;1986年01期

9 张恩;美将再入飞行器技术用于常规武器[J];中国航天;1993年03期

10 王瑞臣;;再入飞行器总体参数多目标优化设计[J];导弹与航天运载技术;1993年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 蒲仁璧;佘川飞;;再入飞行器雷达高度表天线锥面图形的均匀性[A];中国工程物理研究院科技年报（1999）[C];1999年

2 陈刚;董超;苏伟;李晓轩;张立坤;;再入飞行器等离子体流动控制技术研究[A];北京力学会第19届学术年会论文集[C];2013年

3 陈兰;胡汉东;;高速旋转再入飞行器防热层热滞后数值计算[A];第十届全国计算流体力学会议论文集[C];2000年

4 叶友达;张涵信;袁先旭;;考虑流态变化的再入飞行器粘性流场的数值模拟[A];全国流体力学青年研讨会论文集[C];2001年

5 王小虎;陈翰馥;;机动再入飞行器主动段再入点约束闭路制导研究[A];第二十一届中国控制会议论文集[C];2002年

6 李小艳;;轨道再入飞行器稀薄流区热环境研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

7 洪金森;洪诗权;;再入飞行器极限环运动分析[A];第十届全国分离流、旋涡和流动控制会议论文集[C];2004年

8 耿云飞;李齐;赵会光;;关于半弹道深空再入飞行器气动外形的讨论[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第九届学术年会论文集（上册）[C];2012年

9 常松涛;王永骥;张达;苏茂;;基于DE算法的再入飞行器横向机动能力研究[A];中南六省（区）自动化学会第二十九届学术年会论文集[C];2011年

10 苏茂;王永骥;刘磊;常松涛;;基于改进粒子群算法的再入飞行器轨迹优化?[A];中南六省（区）自动化学会第二十九届学术年会论文集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 本报记者 刘津农 北梦原;精益求“新”，鸣镝长空壮国威[N];工人日报;2014年

2 马秀云 王悦;“货架”产品促科研轻装前行[N];中国航天报;2011年

3 新华社记者 曹智 白瑞雪;黄春平的性情人生[N];新华每日电讯;2003年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 王亚飞;再入飞行器动力学特性分析与控制方法研究[D];北京理工大学;2015年

2 谢道成;再入飞行器末制导与控制技术研究[D];国防科学技术大学;2013年

3 雍恩米;高超声速滑翔式再入飞行器轨迹优化与制导方法研究[D];国防科学技术大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 易腾;高超声速滑翔式再入飞行器制导方法研究[D];国防科学技术大学;2014年

2 王睿;新型变体轴再入飞行器概念设计与能力分析研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

3 唐军刚;天基再入飞行器全程机动制导方法研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

4 施建宇;再入飞行器气动布局智能优化设计方法研究[D];西北工业大学;2002年

5 申逸;Kalman滤波技术在目标跟踪中的应用研究[D];国防科学技术大学;2006年

，

本文编号：1023427