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重复使用运载器末端区域能量管理段制导律设计

作　者: 方桂才
导　师: 孙春贞
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 重复使用运载器 末端区域能量管理 轨迹设计 能量走廊 多约束制导 制导律设计
分类号: V448
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


末端区域能量管理(TAEM)段是重复使用运载器(RLV)再入返回过程中的关键阶段，其主要目的是控制飞行器的能量，使飞行器能够顺利到达着陆窗口。为了适应不同初始能量状态，本文开展了多轨迹设计、纵横向综合制导、多约束制导等方面的研究。通过建立三自由度模型分析了样例RLV的对象特性，RLV具有无动力、升阻比小、升阻比变化显著、舵面对气动影响严重等特性，轨迹与制导律设计中需要考虑状态约束以及舵面的影响。为了满足动压、过载和迎角等状态约束，利用动压剖面设计了能量走廊，并分析了各种不确定对能量走廊的影响，其中气动不确定性对能量走廊影响严重。为了适应不同初始高度和能量状态，通过规划不同的动压剖面形状设计多条轨迹，形成轨迹数据库；利用高度、能量与待飞距离选择标称轨迹。为了保证任意能量状态时的成功返回，给出了横侧向调整待飞距离、纵向跟踪该待飞距离对应的能量的纵横向综合制导方案。当能量过剩或适中时，横侧向调整待飞距离、纵向跟踪高度剖面，并在亚音速段，利用减速板控制速度，保证能量控制的精度；当能量不足时，纵向保持最大升阻比迎角飞行，横侧向调整最小待飞距离，以尽快到达机场。针对过载、动压和迎角的约束问题，利用动态约束的思想，按照优先级进行边界控制，保证飞行的安全。为了实现TAEM段安全任务的飞行，设计了制导回路和约束回路的制导律。最后，针对TAEM段初始条件的不确定性、飞行过程中存在的各种不确定性和风的干扰，对制导系统进行了验证，结果表明制导策略完备、制导系统鲁棒性良好。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-16
第一章 绪论  16-25
  1.1 重复使用运载器概述  16-18
    1.1.1 重复使用运载器  16-17
    1.1.2 RLV 飞行过程  17-18
  1.2 TAEM 飞行特点  18-19
  1.3 TAEM 制导技术研究现状  19-22
    1.3.1 轨迹设计国内外研究现状  19-21
    1.3.2 制导方案国内外研究现状  21-22
  1.4 本文要解决的主要问题  22-23
  1.5 本文的内容安排  23-25
第二章 总体方案  25-33
  2.1 引言  25
  2.2 问题描述  25-26
    2.2.1 轨迹设计问题  25-26
    2.2.2 制导问题  26
  2.3 制导的体系结构  26-28
  2.4 制导方案  28-31
    2.4.1 轨迹设计方案  28-29
    2.4.2 制导方案  29-31
  2.5 验证方案  31-32
  2.6 本章小结  32-33
第三章 对象特性建模与分析  33-39
  3.1 引言  33
  3.2 对象特性建模  33-35
    3.2.1 坐标系定义  33-34
    3.2.2 三自由度动力学方程  34
    3.2.3 二维质点动力学方程  34-35
  3.3 对象特性分析  35-38
    3.3.1 舵面对气动力的影响  35-37
    3.3.2 升阻比特性  37-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章 TAEM 轨迹设计  39-61
  4.1 引言  39
  4.2 轨迹设计思路  39-41
    4.2.1 约束条件  39-40
    4.2.2 能量走廊的定义  40-41
    4.2.3 轨迹设计思路  41
  4.3 轨迹设计方法  41-43
    4.3.1 动压剖面  41-42
    4.3.2 轨迹生成算法  42-43
  4.4 能量走廊的设计  43-51
    4.4.1 最陡下滑轨迹设计  43-45
    4.4.2 最大升阻比下滑轨迹设计  45-47
    4.4.3 不确定性对能量走廊的影响  47-51
    4.4.4 能量走廊的确定  51
  4.5 标称轨迹的设计  51-59
    4.5.1 动压剖面的确定  51-52
    4.5.2 标称轨迹的生成  52-53
    4.5.3 标称轨迹性能分析  53-57
    4.5.4 轨迹数据库  57-59
    4.5.5 标称轨迹的选择  59
  4.6 本章小结  59-61
第五章 TAEM 制导律设计  61-87
  5.1 引言  61
  5.2 能量管理思想  61-62
  5.3 纵横向综合制导方案  62-75
    5.3.1 制导的总体方案  62-63
    5.3.2 纵向制导  63-69
    5.3.3 横侧向制导  69-75
  5.4 制导律设计  75-80
    5.4.1 纵向制导律设计  75-78
    5.4.2 横侧向制导律设计  78-80
  5.5 仿真验证  80-86
    5.5.1 仿真环境  80-81
    5.5.2 制导策略的验证  81-84
    5.5.3 制导的鲁棒性验证  84-86
  5.6 本章小结  86-87
第六章 总结与展望  87-89
  6.1 本文主要成果  87-88
  6.2 后续工作展望  88-89
参考文献  89-92
致谢  92-93
在学期间的研究成果及发表的学术论文  93

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制 > 制导与控制
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