带推力高超声速飞行器非连续点火再入轨迹研究

带推力高超声速飞行器非连续点火助推可有效提高再入飞行器灵活性和机动性。为分析点火时刻和助推时长对飞行器再入轨迹的影响,根据发动机开关机状态,改进高斯伪谱法将非连续点火助推再入轨迹进行分段优化处理,实现不同点火时刻和助推时长的再入轨迹优化。发动机关机时,利用高斯伪谱法生成满足多约束条件的最优再入轨迹;发动机点火后,按照给定控制输入,由数值积分计算生成再入轨迹。在分段点处附加约束条件,保证飞行器状态在分段点处连续衔接。选取再入过程中A、B、C、D 4个典型时刻进行发动机一次点火和二次点火,以横向航程最大为目标,设计仿真算例。研究结果表明:改进的高斯伪谱法可有效求解带推力飞行器非连续点火再入轨迹优化;在助推发动机总冲一定时,点火时刻对飞行器再入轨迹影响明显。

高超声速飞行器非连续点火助推增程弹道设计

针对高超声速飞行器因防热烧蚀而制约整体射程的问题,创新提出了一种非连续点火助推方案,通过增大助推段射程的弹道设计方法提高飞行器整体射程能力,减轻后续段的射程压力。综合考虑动压、过载、控制和终端高度、速度、弹道倾角等约束条件,以助推段射程最大为目标函数,设计了非连续点火助推段飞行程序和纵向平面弹道优化模型,采用改进的梯度粒子群算法进行优化求解。仿真结果表明,改进的梯度粒子群算法能有效解决非连续点火助推弹道设计问题,设计的非连续点火助推弹道方案在满足各项约束的同时,助推段射程比连续点火方案提高了8.7倍,射程达到了4 800 km,增程的效果十分明显。