组合动力可重复使用运载器三维轨迹优化与在线制导方法研究
发布时间：2021-06-07 04:11
随着航天技术的快速发展和航天活动的多元化与频繁化,航天发射的经济性、安全性、运载能力和灵活性显得愈发重要。本文以基于组合动力的可重复使用运载器为研究背景,针对总体参数模型、运动数学模型和优化模型建立,强耦合条件下的总体参数/轨迹协同优化设计,考虑发射时刻偏差的上升段三维轨迹优化设计以及多种不确定因素条件下的返回滑翔段在线制导等关键技术问题进行了系统深入的研究。主要研究内容包括以下几个方面:在分析水平起降可重复使用运载器特点和发展现状的基础上,设计可重复使用运载器总体方案,包括运载器的任务剖面、总体构型和气动参数等。针对可重复使用运载器采用组合动力这一特点,从热力学原理出发,充分考虑动力性能和运动状态间的相互作用关系,建立不同吸气式动力模态下的发动机数学模型;同时从求解运载器上升段最优轨迹的需求出发,提取影响组合动力系统性能的主要参数,为后续上升段轨迹优化问题求解奠定基础。此外,建立坐标系模型并给出坐标系间的转换关系,并在动力学分析的基础上建立组合动力可重复使用运载器的三维运动数学模型。针对组合动力可重复使用运载器上升段飞行中动力输出、约束条件、运动状态和性能指标间的复杂耦合关系,同时考...
【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
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
哥伦比亚号（左）和暴风雪号（右）
“猎鹰9”火箭Figure1-2Falcon9rocket
图 1-4 支奴干直升机投放 X-40A（左），白骑士搭载 X-37（中）和 X-37B（右）Figure 1-4 Chinook helicopter releasing X-40A (left), X-37 (center), and X-37B (right)除 X 系列飞行器外，美国的维珍银河旗公司还研制了一种名为 Space ShipTwo 的亚轨道空天飞机；该飞行器由飞机搭载发射，在 18km 高空被释放后利用火箭动力爬升。俄罗斯在上世纪 70 年代陆续推出了“针”、“彩虹”等验证机计划，并对高超音速空天飞行器进行了预研。20 世纪 80 年代末，欧洲许多国家也开始制定各自的空天飞机研制计划[31]，其中以英国的“霍托尔”最具代表性。“霍托尔”[32]是一种水平起降单级入轨运载器，由英国宇航公司于 1982 年提出，旨在寻求降低发射成本的新途径。日本在上世纪 80 年代研制过一种可重复使用轨道运载器[33]，并于 2002 年起全力研制使用循环组合发动机的空天飞机。另外，德国航空航天中心提出了一种名为 Spaceliner 的亚轨道、超音速、有翼客运运载器概念，旨在实现快速全球到达。此外，印度空间研究组织于 2015年 3 月开始研制可重复使用运载器技术验证机（RLV-TD）[34]，并于 2016 年 5月完成首飞。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SNOPT优化的交互式航迹规划软件设计[J]. 于克非,裴一麟. 工业控制计算机. 2018(03)
[2]基于遗传算法的BP神经网络在水利定额编制中的应用[J]. 金修鹏,李春生. 水电能源科学. 2018(02)
[3]美国重启登月计划解析[J]. 王霄,张杰. 载人航天. 2018(01)
[4]带启发信息的蚁群神经网络训练算法[J]. 赵章明,冯径,施恩,舒晓村. 计算机科学. 2017(11)
[5]伪谱法求解深空探测小推力轨道[J]. 蒋瑞晔,晁涛,王松艳,杨明. 系统仿真学报. 2017(09)
[6]类X-37B飞行器气动力辅助异面变轨性能研究[J]. 左光,和宇硕,石泳,屈峰,侯砚泽,陈鑫,张敏捷. 航天返回与遥感. 2017(04)
[7]一种可重复使用天地往返升力体飞行器概念及其气动布局优化设计研究[J]. 冯毅,刘深深,卢风顺,唐伟,黄勇,孙俊峰,桂业伟. 空气动力学学报. 2017(04)
[8]美国载人航天器研制与生产能力分析[J]. 栾文博,张深. 中国航天. 2017(07)
[9]基于预置动压的高超声速飞行器上升段轨迹设计[J]. 孙佩华,刘燕斌,陈柏屹. 飞行力学. 2017(05)
[10]“猎鹰”9实现一级重复使用[J]. 周凯,郑娟. 中国航天. 2017(05)
博士论文
[1]基于控制向量参数化的动态优化研究[D]. 李国栋.浙江大学 2015
硕士论文
[1]预冷ATREX发动机新型循环性能优化研究[D]. 周倩楠.哈尔滨工业大学 2017
[2]运载火箭助推器可控安全回收技术研究[D]. 李聃.哈尔滨工业大学 2016
[3]带助推飞行器的弹道优化方法[D]. 刘飞.哈尔滨工业大学 2016
[4]基于近似动态规划的连续非线性系统最优控制及应用[D]. 吕永峰.昆明理工大学 2016
[5]火箭基组合循环（RBCC）引射模态分析[D]. 邓军.哈尔滨工业大学 2015
[6]基于高斯伪谱法的弹道优化设计与实现[D]. 张洪倩.南京理工大学 2014
[7]基于多射的工业过程动态优化研究[D]. 王俊.浙江大学 2013
[8]RBCC（火箭基组合循环）引射模态研究[D]. 安佳宁.国防科学技术大学 2011
本文编号：3215831
【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
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
哥伦比亚号（左）和暴风雪号（右）
“猎鹰9”火箭Figure1-2Falcon9rocket
图 1-4 支奴干直升机投放 X-40A（左），白骑士搭载 X-37（中）和 X-37B（右）Figure 1-4 Chinook helicopter releasing X-40A (left), X-37 (center), and X-37B (right)除 X 系列飞行器外，美国的维珍银河旗公司还研制了一种名为 Space ShipTwo 的亚轨道空天飞机；该飞行器由飞机搭载发射，在 18km 高空被释放后利用火箭动力爬升。俄罗斯在上世纪 70 年代陆续推出了“针”、“彩虹”等验证机计划，并对高超音速空天飞行器进行了预研。20 世纪 80 年代末，欧洲许多国家也开始制定各自的空天飞机研制计划[31]，其中以英国的“霍托尔”最具代表性。“霍托尔”[32]是一种水平起降单级入轨运载器，由英国宇航公司于 1982 年提出，旨在寻求降低发射成本的新途径。日本在上世纪 80 年代研制过一种可重复使用轨道运载器[33]，并于 2002 年起全力研制使用循环组合发动机的空天飞机。另外，德国航空航天中心提出了一种名为 Spaceliner 的亚轨道、超音速、有翼客运运载器概念，旨在实现快速全球到达。此外，印度空间研究组织于 2015年 3 月开始研制可重复使用运载器技术验证机（RLV-TD）[34]，并于 2016 年 5月完成首飞。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SNOPT优化的交互式航迹规划软件设计[J]. 于克非,裴一麟. 工业控制计算机. 2018(03)
[2]基于遗传算法的BP神经网络在水利定额编制中的应用[J]. 金修鹏,李春生. 水电能源科学. 2018(02)
[3]美国重启登月计划解析[J]. 王霄,张杰. 载人航天. 2018(01)
[4]带启发信息的蚁群神经网络训练算法[J]. 赵章明,冯径,施恩,舒晓村. 计算机科学. 2017(11)
[5]伪谱法求解深空探测小推力轨道[J]. 蒋瑞晔,晁涛,王松艳,杨明. 系统仿真学报. 2017(09)
[6]类X-37B飞行器气动力辅助异面变轨性能研究[J]. 左光,和宇硕,石泳,屈峰,侯砚泽,陈鑫,张敏捷. 航天返回与遥感. 2017(04)
[7]一种可重复使用天地往返升力体飞行器概念及其气动布局优化设计研究[J]. 冯毅,刘深深,卢风顺,唐伟,黄勇,孙俊峰,桂业伟. 空气动力学学报. 2017(04)
[8]美国载人航天器研制与生产能力分析[J]. 栾文博,张深. 中国航天. 2017(07)
[9]基于预置动压的高超声速飞行器上升段轨迹设计[J]. 孙佩华,刘燕斌,陈柏屹. 飞行力学. 2017(05)
[10]“猎鹰”9实现一级重复使用[J]. 周凯,郑娟. 中国航天. 2017(05)
博士论文
[1]基于控制向量参数化的动态优化研究[D]. 李国栋.浙江大学 2015
硕士论文
[1]预冷ATREX发动机新型循环性能优化研究[D]. 周倩楠.哈尔滨工业大学 2017
[2]运载火箭助推器可控安全回收技术研究[D]. 李聃.哈尔滨工业大学 2016
[3]带助推飞行器的弹道优化方法[D]. 刘飞.哈尔滨工业大学 2016
[4]基于近似动态规划的连续非线性系统最优控制及应用[D]. 吕永峰.昆明理工大学 2016
[5]火箭基组合循环（RBCC）引射模态分析[D]. 邓军.哈尔滨工业大学 2015
[6]基于高斯伪谱法的弹道优化设计与实现[D]. 张洪倩.南京理工大学 2014
[7]基于多射的工业过程动态优化研究[D]. 王俊.浙江大学 2013
[8]RBCC（火箭基组合循环）引射模态研究[D]. 安佳宁.国防科学技术大学 2011
本文编号：3215831
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