充气式防热罩再入轨道设计

充气式防热罩是最近几年才出现的新型航天回收技术 ,为各种轨道航天器的回收提供了简单、可靠、经济的途径 ,有望逐渐取代降落伞在回收系统中的地位。合理选择防热罩外形 ,用CFD方法计算了防热罩以亚、跨、超声速飞行时的阻力特性 ,并与工程估算方法作对比。分别采用单次和二次充气方案 ,完成了 90kg货舱安全着陆的再入轨道设计。在对两种充气减速方案的再入轨道进行比较分析之后指出 :对于回收同样重量的货舱 ,二次充气方案在保证减速效果的前提下大幅度减轻了防热系统设计的负担 。

航天飞机三维最优再入轨道及气动加热过程

本文应用现代控制理论研究了航天飞行器三维最优再入轨道和与轨道参数密切相关的气动加热过程。文中选择飞行器迎角和倾斜角作为控制变量,以飞行器气动加热率和飞行过载沿轨道积分最小作为优化性能指标,按极大原理导出了最优再入轨道有约束控制的非线性两点边值问题。采用了数值优化法——共振梯度法求解了有升力飞行器的最优再入轨道及其热过程。文中以允许误差法讨论了权系数和罚函数的选取方法;对不同速度范围研究了不同的加热模型,按热平衡方程与优化轨道同步迭代的方法求得了算例数值结果。算例的数值结果与文献[9]的数值是一致的。

基于样条约束“EMBET”再入轨道测量数据融合方法

针对再入轨道最小二乘交会解算方法数据利用率低、轨道解算精度差的问题,提出并实现了基于样条约束“EMBET”的再入轨道测量数据融合处理方法.该方法认为再入飞行轨道在时序上是相关的,可以利用三次B样条函数精确表示,建立了关于样条函数参数和测量系统误差的测量模型,从而大量压缩了待估参数数量,准确自校准系统误差,提高了轨道估算的精度和稳定性.

载人飞船再入轨道和制导规律设计及六自由度弹道仿真

载人飞船再入轨道和再入制导规律设计是载人飞船成功返回的关键技术。文章综合介绍再入轨道设计方法 ,用变ν(t)来满足轨道设计的要求 ;研究了再入纵向制导和侧向制导 ,用极大值原理确定纵向制导反馈增益系数 ,引入“漏斗式”的侧向制导 ,其制导效果良好 ;利用转移矩阵进行姿态控制可以解决欧拉角交连和奇异问题 ;

航天飞机三维最优再入轨道及气动加热过程

本文应用现代控制理论研究了航天飞行器三维最优再入轨道和与轨道参数密切相关的气动加热过程。文中选择飞行器迎角和倾斜角作为控制变量,以飞行器气动加热率和飞行过载沿轨道积分最小作为优化性能指标,按极大原理导出最优再入轨道有约束控制的非线性两点边值问题。采用了数值优化方法——共轭梯度法求解有升力飞行器的最优再入轨道及其热过程。文中以允许误差法讨论了权系数和罚函数的选取方法;对不同速度范围研究了不同的加热模型;按热平衡方程与优化轨道同步迭代的方法求得了算例数值结果。算例的数值结果与文献[13]的量值是一致的。

卫星再入轨道误差分析

主要分析在轨道再入过程中,其再入轨道上再入点的速度V_●和再入角a_●的误差。在进行误差分析时,假定卫星运动是=体运动,并且假定初始轨道与再入轨道共面且有一个相同的焦点。本文最后将给出一个计算实例,从计算实例中可以得出再入轨道的再入速度及再入角度误差主要由平面内脉冲的方向误差和大小误差所决定。

登月飞船两次再入时的基准轨道设计

对登月飞船在指定轨道终点及多约束条件下两次再入轨道的优化设计进行了研究。根据多次再入法原理,基于设定的基本参数,给出了轨道设计的流程,仿真计算了二次再入点、弹出点、第一次再入点的参数,以及整体轨道。结果表明该方法可行,可为飞船高速度、多目标约束及高精度落点要求的再入轨道初步设计提供参考。

RLV再入标准轨道制导与设计

将可重复使用运载器(RLV)再入轨道设计分为纵向轨道和侧向轨道设计两个过程:首先引入形状约束因子,在不进行轨道积分的情况下,在再入走廊内快速优化设计RLV再入飞行剖面;然后结合轨道跟踪控制,设计侧向方位误差走廊,快速生成满足末端能量管理(TAEM)接口和航程等要求的再入轨道。进一步提出修正标准飞行剖面参数的航程更新及制导方法,并采用RLV概念模型进行仿真分析。仿真结果表明这种RLV再入轨道设计方法能够快速生成再入标准轨道,相应的RLV再入制导方法可行,且具有较高的制导精度和可靠性,鲁棒性好。

基于自适应Radau伪谱法的再入段轨道设计算法

针对传统Radau伪谱法处理非光滑平面时精度不高和效率不足的缺点,提出了一种基于自适应Radau伪谱算法的再入段轨道设计算法.该算法可以根据状态方程的拟合精度对再入段轨道进行自适应调整.在轨道曲率较高的区域,通过增加区段数量提高计算精度;在轨道曲率较低的区域,通过提高插值多项式的阶次提高计算精度.仿真结果显示,该算法形成的配点分布更为合理,相对传统的Radau算法具有高精度、高效率等优点,求解效果优于传统的Radau伪谱法,可将其应用到再入段轨道优化的工程实际中.

RLV亚轨道再入段制导技术

重复使用运载器亚轨道再入段一般采用航天飞机应急返回发射场的飞行方案,分三个阶段:迎角恢复段、过载保持段和过渡段。该方案的难点是抑制动压,缺点是只有开环制导。分析了动压变化的影响因素,制订了抑制下沉率的制导策略,并给出迎角和过载指令的设计方法。其次分析初始状态偏差和气动升力/阻力系数偏差对动压的影响,提出了根据初始高度调整制导指令和根据下沉率进行过载指令补偿的闭环制导方案。仿真表明设计的轨迹能够满足飞行约束,闭环制导能有效减小最大动压偏差。

有翼飞行器最大横向航程的最优三维再入机动轨道

在平衡滑翔假设条件下，使用一组无量纲的运动方程，取满足最大过载和热流峰值约束条件的最大升阻比E=2，计算了有翼飞行器最大横向航程的最优再入机动轨道．

基于非线性模型预测控制算法的亚轨道再入轨迹优化

针对升力式飞行器再入终端需要满足窗口约束条件的情况,提出了一种基于模型预测算法的再入轨迹优化方法。该方法利用预测模型和滚动优化策略将非线性多约束优化问题转化为线性优化目标函数,并采用二次规划法求解该轨迹优化问题,得到了满足相应约束的亚轨道再入轨道。以某升力式再入飞行器为对象进行了纵向轨迹优化计算,仿真结果验证了该轨迹优化方法具有较高的精度和计算效率。

RLV再入混合制导方法研究(英文)

提出可重复使用跨大气层飞行器(RLV)再入混合制导方法,该方法将再入轨道在线生成技术、基于阻力加速度飞行剖面的跟踪制导技术和数值预测制导技术有机结合。其中再入轨道在线生成能够向轨道预测制导算法提供初值,以加快轨道预测制导算法收敛速度;轨道跟踪控制器控制再入吸热,使再入轨道满足再入走廊约束;而数值预测制导算法则对再入轨道进行快速预报,生成合适的制导指令,将RLV导向目标。给出了RLV再入混合制导的具体算法,并对Marshall航天中心先进制导与控制项目所提出的九种再入情况进行了初步仿真,结果表明所提出的RLV再入混合制导方案是可行的。

航天器再入轨迹与控制进展

本文系统地总结了航天器再入轨迹与控制的最新进展，从９个专题对取得的研究成果、存在的问题及发展趋势作了分析。这些专题是最优再入轨迹计算与控制问题的提出及意义，再入飞行轨迹的性能指标，最优再入轨迹的近似计算与精确数值解，再入制导与控制系统，各类最优气动辅助变轨问题，航天器的组合导航系统，小型再入体的动力学特性及控制问题，再入飞行中的突防与拦截问题，一些再入问题的相互关系等。

航天器最优再入轨迹的近似解

采用格林函数法,导出了最优再入轨迹的三种过程约束(气动加热率、动压、升力约束)条件之间关系的近似定量描述。求解了航天器同时受三种约束条件时各种性能指标下的最优再入轨迹的近似解,及相应的最优控制规律。通过对近似解与控制规律的结构分析,得到了一些重要的结论。

航天器再入制导方法综述

航天器再入制导方法国内外已有不少的学者进行了研究。本文对国内学者这方面的工作作一综述。目前国内研究的大多为有标准轨道的再入制导方法，且从最优原理出发对再入标准轨道进行了优化。对纵向再入制导规律也找出了最佳增益系数。侧向制导采用漏斗型开关曲线其效果良好。预测制导方法也开始了研究工作。

载人飞船再入大气层的最优轨迹与制导研究

研究了载人飞船以弹道一升力方式再入大气层的最优轨迹和最优反馈增益的基准轨道制导法、组合快速预报法，对两种制导法进行了比较，从而得出了几个重要结论。

再入弹头尾翼烧蚀时的容错控制

本文首先给出了容错控制器设计的一种方法，即状态反馈控制器重构设计法，然后将这种方法应用到再入弹头尾翼烧蚀时的容错控制律设计中，并设计了一个容错滚控系统，使得滚控系统能够抑制滚转异常，大大提高了命中精度。

航天运载器采用负升力返回再入研究

研究了采用负升力返回时航天器的再入走廊与轨迹，通过数值仿真和与正升力再入时的结果比较，得到结论：在大升阻比情况下，采用负升力再入时的返回走廊前三分之一段较采用正升力的相应部分宽度有较大增加，离轨点所耗燃料质量与热防护系统质量之和较正升力再人时的情况有一定减小；在小升阻比情况下，正、负升力再入时轨道特性、有效载荷基本相同。从而得出，负升力再入概念在提高有效载荷上明显优越于正升力再入概念。

载人航天器的再入制导控制与仿真计算

研究了弹道一升力式载人航天器的再入制导规律和各种再入误差源对其落点的影响。主要包括以下内容：再入纵向制导和侧向制导规律的确定；分析各种单项误差对落点的影响；用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法模拟各种再入误差源及其对落点偏差的综合影响。通过大量的模拟计算，掌据各种再入误差对落点偏差的影响，提出再入误差应具有的指标要求，并得到一些有益的结论。计算结果表明，确定的制导规律可以达到满意的落点控制效果。