基于拟平衡滑翔的再入轨迹快速规划方法

针对高超声速飞行器多约束条件下的再入轨迹规划问题,提出了一种基于拟平衡滑翔条件的三维再入轨迹快速规划方法;该方法充分利用滑翔式高超声速飞行器的再入飞行过程中的拟平衡滑翔条件,将过程约束转化为对倾侧角的约束;纵向轨迹规划采用直接规划倾侧角的方法,在倾侧角约束空间中利用内插的方法得到倾侧角剖面;侧向规划采用横程约束走廊确定倾侧角的反转时刻;最后,对该轨迹规划方法进行了算例分析,结果表明：该轨迹规划方法能够在满足各种过程约束和终端约束的情况下快速完成再入轨迹规划。     

多约束条件下的升力滑翔式再入轨迹优化

结合多约束再入飞行任务,以升力式再入飞行器为研究对象,给出完整的弹道优化模型,研究弹道优化数值解法,并采用高斯伪谱法进行求解计算,得到满足相应约束条件的再入飞行轨迹。仿真结果表明,高斯伪谱法能够求解此类多约束飞行轨迹优化设计问题,并具有较好的效果。     

基于粒子群优化的再入可达区计算方法研究

针对升力式高超声速飞行器再入可达区计算问题,提出了一种粒子群优化（PSO）和倾侧角反转相结合的混合求解方案。为了减小待优化变量的搜寻空间,设计了一种参数化的倾侧角剖面,利用约束PSO算法求解满足再入过程约束和末端约束的最优滑翔轨迹。通过倾侧角正向和逆向反转逻辑直接生成倾侧角指令集合,进而实现高超声速飞行器再入可达区的快速估算。高升阻比再入滑翔飞行器CAV-H仿真实例表明,该混合优化求解方案易于实现且无需预估参数初值,具有良好的可操作性。     

基于混合粒子群优化的动力飞行器再入轨迹优化

研究了一类含动力再入飞行器的跳跃轨迹优化问题。首先将动力学方程中的控制量进行有限维数的参数化,减少优化算法的搜索空间。然后利用约束PSO算法和Powell优化算法相结合的混合优化算法求解满足再入过程约束和末端约束的最优滑翔轨迹。最后通过对高升阻比再入滑翔飞行器CAV-H的仿真分析,验证了该混合优化算法的有效性。     

一种基于解析方法的滑翔再入轨迹快速规划方法

采用数值方法对再入飞行器进行在线轨迹规划时,计算量大,针对此问题,研究了一种基于解析方法的滑翔式再入轨迹规划方法,该方法能够快速规划出高精度的滑翔再入轨迹。基于飞行器再入运动特性,对飞行器滑翔再入的阶段进行了划分,并给出了阶段划分依据; 基于运动方程,推导了一类含轨迹参数的滑翔式再入轨迹的高精度解析解; 根据推导的再入运动解析解,将再入相关约束转化为轨迹参数约束; 引入参数校正方法,根据轨迹参数与待飞航程间一一对应的关系,在轨迹参数约束范围内规划出能满足任务需求的再入轨迹。仿真结果表明,分阶段推导的解析解的精度要高于罗赫二阶解,与数值解相近; 基于解析方法的滑翔再入轨迹规划方法避免了数值方法的大量积分运算,并能快速规划出满足任务要求且精度与数值方法相当的滑翔再入轨迹。     

改进的hp自适应网格细化算法及应用

针对高超再入飞行器的轨迹快速优化问题,提出了一种改进的hp自适应网格细化轨迹快速优化算法。采用hp-LGR伪谱法将多区间连续时间最优控制问题转化为非线性规划问题;以离散的微分-代数约束在采样点上的残差作为解的精度估计准则;在需要提高求解精度的区间,将轨迹曲率作为选择h法或者p法提高求解精度的判据,通过迭代调整子区间的个数、区间内插值多项式的维数达到求解精度要求。仿真结果表明,本文算法能够以较少的计算代价得到较高精度的解,更适合求解多约束条件下轨迹优化问题。     

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。     

可重复使用助推飞行器轨迹优化研究

在充分调研国内外轨迹优化方法的基础上,针对可重复使用助推飞行器飞行过程中有一段大攻角飞行且期间还需进行一次大角度翻转的飞行模式,以俯仰角为最优控制量,采用直接打靶法和序列二次规划法,选择速度作为过渡量,将分离点至再入结束点的飞行过程分为调姿转弯段和再入段进行优化.分析了过渡速度和分离点处弹道倾角的取值,得到了较为合理的过渡速度和分离点处弹道倾角的取值范围,进行了该飞行过程的全段轨迹优化.仿真结果表明本文给出的优化策略能较好地获得一条满足约束条件的优化轨迹.     

组合动力运载器返回段轨迹设计建模研究

为克服当前已有升力式航天器再入模型的不足,建立适应于下面级组合动力运载器的返回段轨迹设计模型,对下面级组合动力运载器返回段轨迹特点和设计难点进行了分析,并针对此类飞行器返回过程中初始状态散布大、返回过程需进行机动转弯和冲压模态动力巡航、各阶段轨迹设计要求各异的问题,在转弯段以运载器速度为积分变量,通过引入方位-视线角偏差标志转弯终点,能够有效处理组合动力运载器返回过程各类约束。该模型计算结果符合组合动力运载器返回段轨迹特点和任务需要,能够满足此类运载器返回段轨迹设计要求。     

故障下高超声速飞行器再入在线轨迹重构

基于改进的网格细化技术和最优反馈控制思想,研究了高超声速飞行器再入段发生执行器故障的在线轨迹重构问题。标称情况下,利用改进的网格细化技术计算满足再入过程约束和终端约束的离线最优轨迹,为故障下在线轨迹重构提供初值猜测值;执行器发生故障后,标称轨迹已经不能满足制导要求,此时针对不同故障下改变的气动系数和再入约束条件,在线生成可行的再入轨迹,并实时反馈更新制导指令。通过采取一系列策略,满足故障下在线轨迹重构的实时性要求。以X-33飞行器为对象的仿真结果表明,执行器故障下在线生成的轨迹满足再入飞行约束和实时性要求,使高超声速飞行器可以安全的与着陆段交班,提高了飞行器的安全性和可靠性。