RLV再入标准轨道制导与轨道预测制导方法比较分析

提出只更新飞行剖面参数的航程更新方法及相应的RLV再入标准轨道制导规律;结合轨道在线生成与跟踪技术,采用Runge-Kutta-Fehlberg自适应变步长轨道快速预报方法,研究了RLV再入轨道预测制导。进一步对两种制导方法进行了比较分析研究,研究认为标准轨道制导与轨道预测制导都是可行的RLV再入制导方案,其有机结合是未来可重复使用跨大气层飞行器再入制导的发展趋势。

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。

亚轨道飞行器返回轨道设计方法研究

返回轨道的设计对于亚轨道飞行器安全返回地面起着十分重要的作用。依据气动力作用的显著性,将返回下降轨道分为初始下降段和过渡段,初始下降段采用定倾斜角的飞行方法,过渡段中,采用四次多项式建立标准高度-速度剖面,通过将各种约束表示在高度速度空间中,得到轨道设计约束边界,在满足这些约束边界的前提下,得到标准高度-速度剖面的多项式系数,最后,通过对航程的调制,得到最终的标准轨道。

基于反馈线性化的H-V返回轨道跟踪方法

高度-速度(H-V)剖面是亚轨道飞行器(SLV)返回轨道的可选方案之一。应用反馈线性化方法设计了一种H-V标准轨道的跟踪方法。跟踪方法以倾斜角作为主要控制变量,以高度作为输出,通过状态反馈将输入输出非线性特性变为简单的线性双积分器关系,再通过极点配置,将跟踪误差动态特性设计为二阶阻尼振荡环节,使其可以指数收敛于0。系统内动态特性显示,跟踪方法可以实现标准轨道的稳定跟踪。

再入轨迹跟踪控制的非线性方法研究

针对高度变化大,速度变化快的可重复使用飞行器的再入轨迹跟踪问题,选用名为状态相关Riccati方程的一种新型非线性控制方法进行再入轨迹跟踪控制器设计。同时在几乎所有涉及Riccati方程的控制器设计问题中,合适的加权矩阵的选择通常是比较棘手的。针对这个问题,提出了一种有效的权阵选择方法,避免了试凑等传统方法带来的误差和工作量。随后给出了最优再入轨迹跟踪控制器的详细设计过程,并在一定的气动摄动条件下进行飞行仿真。仿真结果表明了这种方案的可行性,实用性和鲁棒性。

基于伪谱法的亚轨道飞行器返回轨迹优化设计

在亚轨道飞行器返回轨迹设计中,不仅要研究其可行轨迹的设计问题,还要研究在各种性能指标下的最优轨迹。文章采用伪谱法研究了亚轨道飞行器返回轨迹优化设计问题。为了便于应用伪谱法并加快优化速度,建立了以能量为独立积分变量的动力学方程,并进行了归一化处理,将终端时间自由的优化问题转化为固定积分区间的优化问题。考虑状态约束、控制约束、过程约束以及终端约束,采用伪谱法进行了亚轨道飞行器的返回轨迹优化设计。从算例的仿真结果可以看出,伪谱法可以较好完成亚轨道飞行器的返回轨迹的优化设计任务。

亚轨道飞行器返回侧向制导规划方法

侧向制导方法是亚轨道飞行器返回制导方法中重要的一方面。由于亚轨道飞行器返回飞行过程短,因此采用侧向走廊的方法进行倾斜角的反向控制,末端制导精度差。为此,利用归一化能态方程的积分端点固定、积分过程快的特点,提出了一种快速收敛的迭代倾斜角反向时机规划方法。算例结果表明,采用该方法可以实现反向点的在线规划,从而有效提高了侧向制导精度。

再入飞行器试验运载火箭弹道设计研究

再入飞行器的试验运载火箭弹道设计一般考虑飞行器的再入模拟量及落地要求、火箭飞行试验的航区要求、火箭的技术状态等3个主要因素,为此开展弹道实现模式及特征速度分析,得出弹道设计中"第2次冲量"的施加技术方案。

亚轨道飞行器再入轨道设计方法研究

由于亚轨道飞行器再入过程持续时间短等特点,使得用于航天飞机的标准轨道法不适用于亚轨道飞行器。因此研究了基于插值的返回轨道生成算法。在传统的三段关于能量线性的阻力剖面的基础上提出改进算法。该算法先根据返回轨道约束、平衡滑翔约束确定阻力剖面上界和下界,后引入三次曲线使其平滑。最后,一维搜索出合适的纵程参数,通过插值得到最终的标准轨道。

考虑可重复使用运载器耦合特性的改进标准轨道制导方法

针对可重复使用运载器再入返回段非线性、高动态、多约束、强耦合的特点,对传统意义上先根据飞行任务给定攻角变化曲线,再采用跟踪技术通过调整倾侧角进行轨迹跟踪的标准轨道制导方法进行完善,在考虑三通道耦合及实际飞行能力的情况下,通过引入攻角保持回路,改善倾侧角变化对实际攻角的影响。仿真结果表明,实际攻角能够很好保持在给定攻角附近,跟踪误差小于1°,从而保证再入制导精度,实现对标准轨道的稳定跟踪,使传统的单控制变量制导方法具有更广泛的适用性。

基于末级钝化推力变轨的月球借力轨道设计

对于运载火箭发射探月返回飞行试验器任务,火箭末级会跟随试验器再入返回地球,因其再入速度快、落区散布范围广,存在严重的安全隐患。为解决末级再入带来的安全性问题,提出基于末级钝化推力变轨的月球借力轨道设计方法,使末级进入绕地月飞行的大椭圆轨道。利用钝化推力实现月球引力辅助变轨,进而达到优化绕地月飞行轨道近地点高度的目的。