基于物理规划的高超声速飞行器滑翔式再入轨迹优化

轨迹优化是新型高超声速滑翔式再入飞行器方案设计的关键技术之一。物理规划方法能够以较低的计算代价获得设计者偏好的多目标优化问题的折中解。基于该方法研究滑翔式再入最优飞行轨迹。首先介绍物理规划方法求解多目标优化问题的数学模型,然后将考虑射程最大、热载最小、热流密度峰值最小和弹道最稳定4个目标的再入最优轨迹问题纳入物理规划的框架求解。以某带翼锥形再入飞行器为例,通过计算并分析单目标优化结果,确定具体的偏好结构,采用遗传算法求解了考虑热流、过载、动压和终端条件约束的多目标最优轨迹。优化计算结果验证了物理规划方法的有效性。分析了沿最优轨迹飞行的物理原因和基本迎角控制规律,可为滑翔式再入飞行器的最优轨迹方案设计提供依据。

高超声速滑翔式再入飞行器最大航程飞行轨迹分析

针对航程最大的再入问题,研究了高超声速滑翔式再入飞行器的飞行轨迹特性。使用Legendre伪谱法进行轨迹优化,得到最优轨迹。分析了路径约束对轨迹的影响,以及在路径约束下控制量对飞行轨迹的影响。根据控制量的取值规律,提出一种升力系数的分段直线取值模型。数字仿真表明,通过该模型得到的飞行轨迹与最优轨迹类似,且航程相差很小,可以作为一种使航程最大的轨迹控制方法。

再入滑翔式飞行器轨迹快速优化

为了满足再入滑翔飞行器轨迹实时生成的要求,提出了一种轨迹快速优化方法。在模型处理方面,根据再入飞行器运动的特点,对再入轨迹方程进行了合理的简化处理和无量纲化处理,使其更适合数值优化算法求解;在算法方面,采用乘子法对再入终端约束进行处理,然后采用共轭梯度法求解最优的再入轨迹。仿真结果表明,这样处理只需10 s左右的时间便能产生一条满足约束条件的再入优化轨迹,验证了模型处理和算法的有效性、鲁棒性和可行性。

基于固定目标可达区域的滑翔轨迹优化研究

目标点固定情况下机动能力评估是滑翔飞行器研究的关键技术之一,基于传统可达区域的概念给出了固定目标可达区域的定义及求解方法,在此基础上给出了合理的航路点和绕飞区约束,对满足航路点和绕飞区约束的最短时间轨迹优化问题进行了研究,结果表明飞行器可有效实施S型机动飞行,充分体现了滑翔式飞行器的优势;对于10 000km以外的目标,整个飞行时间小于2 500s,可实现多个航路点的载荷投递及侦察任务,并能对多个绕飞区实施有效规避。