可重复使用运载器再入段制导技术研究

发布时间：2021-05-06 20:55

　　重复使用运载器（Reusable Launch Vehicle,简称RLV）初期再入段是再入过程的第一个阶段,该阶段飞行环境复杂,过程约束条件严苛,同时末端窗口范围较窄,对再入制导提出了较高的要求。本文以样例RLV为研究对象,参考航天飞机的再入制导方法,以工程化为目标研究初期再入段的制导技术。本文首先建立了RLV的三自由度质点运动模型,并对其升阻比特性和再入约束特性进行了分析。接着将再入过程的约束指标转化为阻力加速度剖面对应的再入走廊,根据约束指标的变化特点将再入段轨迹分为温控段、常值阻力段和过渡段,并分段进行了轨迹设计。在获得阻力加速度剖面后,根据剖面的解析式推导得到轨迹制导参数的在线计算公式,并在此基础上设计了能够跟踪动态阻力加速度剖面的跟踪制导律,结合横侧向制导策略得到了轨迹跟踪制导策略。在实现轨迹跟踪制导策略的基础上,对跟踪标称轨迹时的航程偏差来源进行了详细分析,并给出了待飞距预测方法,使用迭代调整再入剖面的方法实现了基于待飞距预测的航程修正策略。获得完整的再入制导策略后,本文在C语言环境中建立了三自由度集成仿真环境,将制导策略在集成仿真环境中进行工程化实现,对制导策略进行了综... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：139 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 RLV初期再入段
        1.2.1 RLV再入飞行过程
        1.2.2 RLV再入制导关键技术
    1.3 课题研究背景
        1.3.1 再入制导技术概述
        1.3.2 再入制导研究现状
    1.4 章节安排
第二章 建模和对象特性分析
    2.1 引言
    2.2 样例RLV气动布局
    2.3 三自由度质点运动模型
        2.3.1 坐标系定义
        2.3.2 质点动力学和运动学模型
    2.4 升阻特性分析
        2.4.1 迎角和马赫数对升阻比的影响
        2.4.2 气动舵偏对升阻比的影响
    2.5 再入过程约束特性分析
        2.5.1 再入过程中的约束指标
        2.5.2 约束指标变化特性分析
    2.6 本章小结
第三章 轨迹设计技术研究
    3.1 引言
    3.2 轨迹设计方法
        3.2.1 剖面规划总体方案
        3.2.2 基于速度的质点动力学方程
        3.2.3 再入航程计算
        3.2.4 轨迹参数解算算法
    3.3 再入走廊规划
        3.3.1 迎角剖面规划
        3.3.2 再入走廊的数学描述
        3.3.3 不确定性对再入走廊的影响
    3.4 标称轨迹剖面设计
        3.4.1 预再入段设计
        3.4.2 温控段轨迹设计
        3.4.3 常值阻力段轨迹设计
        3.4.4 过渡段轨迹设计
        3.4.5 轨迹设计结果
    3.5 轨迹参数敏感性分析
        3.5.1 大气密度偏差对轨迹的影响
        3.5.2 升力系数偏差对轨迹的影响
        3.5.3 阻力系数偏差对轨迹的影响
        3.5.4 迎角偏差对轨迹的影响
        3.5.5 敏感性分析小结
    3.6 本章小结
第四章 轨迹跟踪技术研究
    4.1 前言
    4.2 轨迹跟踪策略
    4.3 轨迹制导参数计算
        4.3.1 气动阻力系数的拟合
        4.3.2 参考高度下沉率计算
        4.3.3 参考纵向升阻比指令计算
    4.4 纵向制导
        4.4.1 阻力加速度变化机理分析
        4.4.2 阻力加速度跟踪制导律
        4.4.3 增益系数设计
    4.5 横侧向制导
        4.5.1 航向偏差的定义
        4.5.2 航向误差走廊设计
        4.5.3 横侧向制导逻辑
    4.6 制导系统仿真验证
        4.6.1 标称状态跟踪不同的剖面
        4.6.2 不确定性情况下的跟踪效果
    4.7 本章小结
第五章 航程修正技术研究
    5.1 前言
    5.2 航程偏差来源分析
        5.2.1 预再入段航程误差
        5.2.2 轨迹跟踪误差
        5.2.3 轨迹设计误差
        5.2.4 偏差分析小结
    5.3 航程预测
        5.3.1 再入航程预测公式
        5.3.2 待飞距预测算法
        5.3.3 预测待飞距特性分析
    5.4 航程修正策略
        5.4.1 航程修正方案概述
        5.4.2 航程修正算法实现
    5.5 航程修正策略验证
    5.6 本章小结
第六章 综合仿真验证
    6.1 引言
    6.2 三自由度仿真环境开发
        6.2.1 三自由度通用仿真库
        6.2.2 集成仿真软件
    6.3 制导策略的工程实现
        6.3.1 制导系统输入参数
        6.3.2 再入制导阶段切换和管理
        6.3.3 制导律和航程修正算法
    6.4 制导性能评估
        6.4.1 基于归一化的制导性能指标
        6.4.2 不确定性影响评估
        6.4.3 组合不确定性仿真
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 论文主要工作
    7.2 后续研究工作与展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]临近空间高超声速飞行器制导与控制技术研究综述[J]. 王文博,范国超,许承东.  战术导弹技术. 2015(06)
[2]升力式再入飞行器体襟翼姿态控制方法[J]. 王之,李惠峰,包为民.  北京航空航天大学学报. 2016(03)
[3]考虑禁飞区规避的预测校正再入制导方法[J]. 赵江,周锐,张超.  北京航空航天大学学报. 2015(05)
[4]高超声速滑翔飞行器三维自主再入制导方法[J]. 吴旭忠,唐胜景,郭杰.  南京航空航天大学学报. 2014(03)
[5]基于伪谱法的亚轨道返回轨迹在线重构方法[J]. 解永锋,唐硕.  飞行力学. 2011(06)
[6]一种近空间高超声速飞行器的制导律设计与仿真[J]. 胡诗国,方洋旺,张平,袁大勇.  弹道学报. 2011(03)
[7]可重复使用助推器组合导航技术研究[J]. 韩鹏鑫,穆荣军,崔乃刚.  南京理工大学学报. 2011(03)
[8]基于高斯伪谱方法的再入飞行器预测校正制导方法研究[J]. 水尊师,周军,葛致磊.  宇航学报. 2011(06)
[9]高超声速飞行器再入过程改进气动系数模型[J]. 孙勇,段广仁,张卯瑞,张泽.  系统工程与电子技术. 2011(01)
[10]亚轨道再入返回段高度上边界技术研究[J]. 刘全军,黄一敏,吴了泥.  宇航学报. 2010(11)

博士论文
[1]滑翔式飞行器再入制导与控制方法研究[D]. 吴旭忠.北京理工大学 2015
[2]高超声速滑翔飞行器再入制导控制技术研究[D]. 李强.北京理工大学 2015
[3]高超声速滑翔飞行器自适应有限时间制导方法[D]. 董晨.哈尔滨工业大学 2014
[4]基于改进Gauss伪谱法的高超声速飞行器轨迹优化与制导[D]. 孙勇.哈尔滨工业大学 2012
[5]可重复使用运载器亚轨道再入段制导与控制技术研究[D]. 吴了泥.南京航空航天大学 2009
[6]重复使用运载器末端区域能量管理与自动着陆技术研究[D]. 孙春贞.南京航空航天大学 2008

硕士论文
[1]重复使用运载器能量管理段纵向制导控制技术研究[D]. 姚伟利.南京航空航天大学 2017
[2]重复使用运载器再入段纵向制导律研究[D]. 成龙.南京航空航天大学 2016
[3]滑翔式高超声速飞行器再入制导技术研究[D]. 张共济.南京航空航天大学 2016
[4]重复使用运载器初期再入段制导技术研究[D]. 俞斌.南京航空航天大学 2015
[5]高可靠性再入轨迹在线设计及实时制导[D]. 马宏图.大连理工大学 2014
[6]重复使用运载器先进导航技术研究[D]. 刘斌.哈尔滨工业大学 2013
[7]高超声速飞行器再入段横侧向控制律设计[D]. 程剑峰.南京航空航天大学 2013
[8]重复使用运载器初期再入段制导技术研究[D]. 樊雅卓.南京航空航天大学 2013
[9]高超声速无人机基于特征模型的机动飞行控制研究[D]. 曹智.南京航空航天大学 2012
[10]可重复使用运载器再入制导研究[D]. 潘乐飞.西北工业大学 2006



本文编号：3172604