高超声速滑翔飞行器轨迹优化与制导方法研究

发布时间：2021-04-15 00:47

　　高超声速滑翔飞行器具有空域大、速域广的飞行特点,具备快速全球打击能力,是目前各国的研究重点。滑翔飞行器飞行过程约束条件多,飞行环境复杂。基于轨迹优化的最优制导方法可以根据飞行器的实时飞行状态与约束条件,在线轨迹优化,生成满足任务需求的制导指令,克服飞行过程中偏差与扰动的影响,其高自适应性与强鲁棒性是传统制导方法所不具有的。因此,针对高超声速滑翔飞行器,本文将开展轨迹优化设计与基于轨迹优化方法的最优制导方法的研究。本文详细调研了国内外高超声速飞行器的发展历程,对轨迹优化与再入制导理论体系进行梳理,分析了各种轨迹优化方法的适用性及再入制导方法的优势,为研究工作的开展提供参考。针对本文研究的轨迹优化问题,首先介绍了常用坐标系的定义与转化关系,之后在半速度坐标系下建立了飞行器无量纲数学模型,并依次设计控制变量、确定约束条件,结合实际飞行背景,分别对3类性能指标进行分析,完成轨迹优化模型建立。采用Gauss伪谱法,针对再入段轨迹优化问题,进行轨迹优化设计。首先根据Gauss伪谱法的基本原理,将连续时间最优控制问题在一系列LG点上离散,并用拉格朗日插值多项式对状态量、控制量、约束条件进行拟合,将问... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-1X-43飞行器图1-2X-51飞行器此外，美国还开展了猎鹰（FALCON）等多项相关飞行器的研究，其中，包括计划2020年开展首次飞行试验高超声速吸气式武器方案和战术助推滑翔两个演示验证项目。（2）俄罗斯20世纪80年代，苏联开始实施冷计划，实现了亚燃发动机到超燃发动机模态转换验证。随后又实施了鹰、彩虹、针等多项高超声速飞行器计划。苏联解体后，俄罗斯高超声速武器的研制进程由于经济原因一度放缓。直到近年来，受美国高超声速飞行器快速发展的影响，俄罗斯加快了研究的步伐。2016年，俄罗斯首次试射锆石导弹，其飞行速度达到了Ma6~8，目前锆石研制顺利，预计于2023年列装部队；2018年，匕首高超声速空射导弹亮相，2019年完成了实弹试射，并于当年年底进入部队，执行战术值班任务。目前，除了已经披露的锆石、匕首、先锋三种高超声速导弹外，俄罗斯正在将现役超声速巡航导弹升级改进为高超声速版本，要求导弹在发射平台和打击目标方面具有通用性[6]。图1-3锆石导弹图1-4先锋导弹弹头（3）中国高超声速飞行器发展历程中国相较于国外起步较晚，但发展速度较快。2019年国庆阅兵式上，中国

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-1X-43飞行器图1-2X-51飞行器此外，美国还开展了猎鹰（FALCON）等多项相关飞行器的研究，其中，包括计划2020年开展首次飞行试验高超声速吸气式武器方案和战术助推滑翔两个演示验证项目。（2）俄罗斯20世纪80年代，苏联开始实施冷计划，实现了亚燃发动机到超燃发动机模态转换验证。随后又实施了鹰、彩虹、针等多项高超声速飞行器计划。苏联解体后，俄罗斯高超声速武器的研制进程由于经济原因一度放缓。直到近年来，受美国高超声速飞行器快速发展的影响，俄罗斯加快了研究的步伐。2016年，俄罗斯首次试射锆石导弹，其飞行速度达到了Ma6~8，目前锆石研制顺利，预计于2023年列装部队；2018年，匕首高超声速空射导弹亮相，2019年完成了实弹试射，并于当年年底进入部队，执行战术值班任务。目前，除了已经披露的锆石、匕首、先锋三种高超声速导弹外，俄罗斯正在将现役超声速巡航导弹升级改进为高超声速版本，要求导弹在发射平台和打击目标方面具有通用性[6]。图1-3锆石导弹图1-4先锋导弹弹头（3）中国高超声速飞行器发展历程中国相较于国外起步较晚，但发展速度较快。2019年国庆阅兵式上，中国


本文编号：3138330