可重复使用运载器预测校正再入制导研究

发布时间：2017-03-24 11:11

  本文关键词：可重复使用运载器预测校正再入制导研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自从1981年哥伦比亚号航天飞机首次成功飞行以来，天地往返运输系统越来越多的受到各个航天大国的关注，，可重复使用运载器属于第二代天地往返运输系统，相对于航天飞机来说，具有“重复、经济、安全”等优点。可重复使用运载器的整个飞行过程可以分为：起飞上升段、入轨段、轨道飞行段、离轨段、再入返回段。其中再入段的飞行环境最为复杂，因此再入段的精确制导对于可重复使用运载器的整个飞行过程研究有着关键的作用。本文主要对可重复使用运载器的再入段制导进行了深入研究。制导律的设计采用预测校正制导的方法。主要包括以下几个方面： 首先，根据运载器在飞行过程中的受力情况，建立可重复使用运载器再入段的数学模型，分析可重复使用运载器的质心运动。通过对再入过程的研究，得到各个阶段受到的约束条件，并对这些约束条件进行综合，计算出再入走廊，也就是满足所有约束条件的可飞行区域。 接着，根据运载器再入的特点把再入段制导律的设计分为两部分，初始下降段和拟平衡滑翔段。由于再入点的高度和速度都非常大，空气稀薄，气动力很小，因此运载器不能满足约束条件，再入点没有在再入走廊内，就定义初始下降段是从再入点开始到飞行至进入再入走廊内部的某一点结束。由于初始下降段自身的特点，这一段的制导律设计也有特殊的要求。 最后，是进行拟平衡滑翔段的制导律设计。可以采取两种方法去研究，一种是纵程和横程同时计算的预测控制方法，另一种是纵程和横程分开的预测制导方法。通过比较我们得出用第二种方法可以得出更好的结果。分开计算时可以把制导律的设计过程分为纵向制导和侧向制导两部分，纵向制导通过倾侧角 的大小进行控制，而侧向制导通过倾侧角的符号来控制。数字仿真结果表明，预测校正制导方法所设计的制导律满足飞行过程中的所有约束条件，并且具有很强的鲁棒性和自适应能力。
【关键词】：可重复使用运载器 再入制导 预测校正 倾侧角
【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】：2013
【分类号】：V448
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-9
• 1.2 可重复使用运载器的发展现状9-10
• 1.2.1 国外发展现状9-10
• 1.2.2 国内研究现状10
• 1.3 再入制导方法研究10-13
• 1.3.1 标准轨道制导方法10-11
• 1.3.2 预测校正制导方法11-13
• 1.4 本文主要研究内容及安排13-14
• 第2章 可重复使用运载器再入模型的建立14-34
• 2.1 引言14
• 2.2 相关坐标系的定义及坐标系之间的转换14-18
• 2.2.1 相关坐标系的定义14-15
• 2.2.2 各个坐标系之间的转换15-18
• 2.3 可重复使用运载器再入模型建立18-28
• 2.3.1 再入飞行器矢量形式的动力学方程18-20
• 2.3.2 再入模型建立20-26
• 2.3.3 航程、横程、待飞航程的定义26-28
• 2.4 可重复使用运载器再入制导问题描述28-31
• 2.4.1 可重复使用运载器再入过程描述28-30
• 2.4.2 可重复使用运载器再入制导的问题30
• 2.4.3 控制量的选取30-31
• 2.5 可重复使用运载器再入时的约束条件31-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 再入走廊计算及初始段设计34-47
• 3.1 引言34
• 3.2 再入走廊的计算34-36
• 3.2.1 再入走廊的定义34-35
• 3.2.2 再入走廊的仿真分析35-36
• 3.3 约束条件的转换36-38
• 3.4 再入过程轨迹分析38-40
• 3.4.1 再入过程分段研究38-39
• 3.4.2 再入过程任务安排39-40
• 3.5 初始下降段制导律设计40-46
• 3.5.1 初始下降段的特点40
• 3.5.2 初始下降段制导律设计40-43
• 3.5.3 初始下降段轨迹规划43-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 可重复使用运载器再入制导律设计47-68
• 4.1 引言47
• 4.2 纵程和横程同时控制的预测校正制导47-51
• 4.2.1 倾侧角的控制类型47-49
• 4.2.2 倾侧角的控制类型制导律的设计49-51
• 4.3 纵程和横程分开的预测校正制导51-63
• 4.3.1 纵向制导和侧向制导描述51-53
• 4.3.2 纵向轨迹制导律设计算法53-56
• 4.3.3 纵向轨迹制导律设计仿真分析56-57
• 4.3.4 侧向轨迹制导律设计算法57-60
• 4.3.5 侧向轨迹制导律设计仿真分析60-63
• 4.4 不同情况下的仿真结果分析63-67
• 4.4.1 只含有气动参数扰动时的仿真结果63-65
• 4.4.2 存在不同扰动时的仿真结果65-67
• 4.5 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-74
• 致谢74

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本文编号：265530