可重復使用運載器亞軌道再入段制導與控制技術研究.pdf

1、可重復使用運載器(RLV)亞軌道飛行試驗，用于驗證其在高空高馬赫數下的總體，氣動力/氣動、制導與控制等關鍵技術。RLV由母機攜帶投放，經發(fā)動機助推后達到高度72kin、馬赫數6左右，并無動力返回水平著陸。亞軌道再入段是指從最高點開始無動力下滑，到達末端區(qū)域能量管理段(TAEM)的飛行過程。亞軌道再入段飛行約束強、動力學特性復雜，為保證安全到達TAEM段入口，本文研究其制導與控制的關鍵問題。
　　 亞軌道再入段的高度和速度介于軌道

2、再入段和TAEM段之間，本文將飛行過程分為三個階段：迎角恢復段、過載保持段和迎角過渡段。迎角恢復段保持常值大迎角下滑，抑制下沉率并建立過載。當過載達到預定值時轉入過載保持段，保持固定過載飛行，下沉率逐漸減小。當下沉速率小于預定值時進入迎角過渡段，迎角過渡段用于降低迎角和過載并過渡到TAEM段。本文按飛行階段展開制導技術研究，并研究大迎角橫側向控制技術。
　　 迎角恢復段和過載保持段制導的主要任務是滿足動壓約束。該階段下沉率決定動

3、壓變化率，只能通過迎角或過載控制下沉率間接控制動壓?？紤]飛行約束，給出了基于迎角指令和過載指令的軌跡設計方法。針對初始狀態(tài)偏差和氣動偏差對動壓的影響，提出了根據初始高度調整迎角指令和過載指令的制導策略，并給出了根據下沉率偏差補償過載指令和迎角恢復段跟蹤下沉率的制導策略。返回最高點的高度和速度超出一定范圍時，制導將無法滿足動壓約束，本文用返回高度上邊界描述制導能力的限制，并給出了高度上邊界的算法。
　　 為提高制導的自適應能力，在

4、迎角恢復段和過載保持段研究了基于動壓的預測-校正法制導。利用質點動力學方程積分實時預測動壓峰值，根據動壓偏差以迭代法在線校正迎角指令和過載指令。動壓峰值與迎角指令、過載指令間的單調關系保證了制導律的安全性。
　　 迎角過渡段的制導任務是滿足末端高度和速度約束。為避免軌跡跳躍和保證航程要求，進入迎角過渡段的時機與高度、馬赫數和過載有關，本文根據地面仿真設計切換時機。為保證TAEM段的窗口約束，以基于動壓剖面的規(guī)劃方法設計迎角過渡段

5、軌跡。本文給出了高度-動壓剖面的線性規(guī)劃方法，以及高度-航程剖面的解析算法。
　　 迎角恢復段和過載保持段以大迎角下滑，導致荷蘭滾穩(wěn)定性下降、副翼控制滾轉反極性。而且偏航角速率到方向舵反饋的阻尼失效，方向舵的操縱補償難以改善副翼的操縱性能。本文分析大迎角橫側向控制特性，研究了非常規(guī)的“副翼增穩(wěn)荷蘭滾，方向舵增穩(wěn)滾轉模態(tài)和控制滾轉角”策略，其中氣動舵面的作用與傳統(tǒng)的控制角色完全相反。仿真表明該控制策略符合RLV大迎角高馬赫數下的氣