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重复使用运载器初期再入段制导技术研究

作　者: 樊雅卓
导　师: 孙春贞
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 重复使用运载器 再入制导 再入走廊 标称轨迹设计 轨迹跟踪 鲁棒性
分类号: V448
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


重复使用运载器再入环境复杂，在保证飞行安全的同时又要满足飞行任务需求，这对初期再入制导提出了严峻挑战。本文对重复使用运载器初期段再入段的标称轨迹设计和制导律设计方法展开研究。为了准确描述重复使用运载器初期再入段的运动状态，给出了考虑地球自转的球面三自由度运动模型。对重复使用运载器的气动参数和升阻比特性进行分析，为标称轨迹设计和制导律设计提供了依据。本文形成了基于阻力加速度-速度剖面的初期再入标称轨迹设计方法并给出了标称轨迹参数的计算方法。通过分析迎角对总体约束的影响，设计了再入迎角剖面。为了保证再入安全，将总体约束转化为阻力加速度剖面内的再入走廊，分析了再入走廊的鲁棒性。根据初期再入段的机动能力和飞行任务，将标称轨迹分为5段，在再入走廊内分段设计了标称轨迹剖面的形状和大小，并对气动参数不确定下的轨迹鲁棒性进行验证。根据初期再入段的任务要求，设计了纵横向综合制导方案。纵向通过控制滚转角的大小来跟踪标称轨迹，横向通过控制滚转角的方向来控制航向偏差。采用迎角补偿策略，通过调整迎角来补偿滚转角反转时带来的纵向跟踪误差。设计了末端航程修正方案，根据待飞距离选择航程合适的过渡段轨迹，以满足再入航程要求。最后，本文在Matlab/Simulink环境下建立了非线性仿真环境，在考虑气动不确定性和存在常值风的条件下，进行初期再入段全过程飞行仿真验证。仿真结果表明了再入制导系统任务管理逻辑的正确性、制导逻辑的合理性和制导系统的鲁棒性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-16
第一章 绪论  16-26
  1.1 重复使用运载器概述  16-17
  1.2 RLV 初期再入段概述  17-19
    1.2.1 RLV 飞行任务描述  17-18
    1.2.2 RLV 初期再入段飞行特点  18-19
  1.3 初期再入段制导技术研究现状  19-23
    1.3.1 国内外研究现状  19-22
    1.3.2 课题研究基础  22-23
  1.4 本文主要解决的问题  23-24
  1.5 本文主要内容与章节安排  24-26
第二章 初期再入制导整体方案  26-34
  2.1 引言  26
  2.2 初期再入制导问题描述  26-28
    2.2.1 RLV 总体约束  26-27
    2.2.2 飞行任务约束  27-28
    2.2.3 控制指令约束  28
    2.2.4 机动能力限制  28
    2.2.5 不确定性影响  28
  2.3 再入制导整体框架  28-30
  2.4 再入轨迹设计总体方案  30-31
  2.5 再入制导策略总体方案  31-32
  2.6 再入制导验证总体方案  32-33
  2.7 本章小结  33-34
第三章 对象建模与特性分析  34-41
  3.1 引言  34
  3.2 RLV 数学模型建模  34-38
    3.2.1 坐标系定义  34-36
    3.2.2 三自由度模型  36-37
    3.2.3 二维质点运动方程  37
    3.2.4 待飞距离的计算  37-38
  3.3 对象特性分析  38-40
    3.3.1 升阻比特性分析  38-39
    3.3.2 配平舵面对升阻比的影响  39-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章 初期再入段标称轨迹设计  41-72
  4.1 引言  41
  4.2 轨迹设计方法  41-46
    4.2.1 航程预估  42-43
    4.2.2 轨迹参数计算  43-45
    4.2.3 标称轨迹计算流程  45-46
  4.3 再入走廊规划  46-57
    4.3.1 RLV 再入走廊定义  46-47
    4.3.2 迎角剖面规划  47-52
    4.3.3 再入走廊计算  52-54
    4.3.4 再入走廊鲁棒性分析  54-57
  4.4 标称轨迹剖面设计  57-66
    4.4.1 预再入段  57-59
    4.4.2 温度控制段  59-63
    4.4.3 平衡滑翔段  63-65
    4.4.4 常值阻力和过渡段  65-66
  4.5 标称轨迹仿真验证  66-71
    4.5.1 标称轨迹仿真结果  66-69
    4.5.2 轨迹鲁棒性分析  69-71
  4.6 本章小结  71-72
第五章 初期再入段制导律设计  72-91
  5.1 引言  72
  5.2 纵横向综合制导策略  72-73
  5.3 纵向制导  73-75
  5.4 横向制导  75-77
  5.5 迎角指令补偿  77-78
  5.6 再入航程修正  78-81
  5.7 制导系统仿真验证  81-90
    5.7.1 非线性数字仿真环境  81-82
    5.7.2 制导策略验证  82-85
    5.7.3 制导系统鲁棒性验证  85-90
  5.8 本章小结  90-91
第六章 总结与展望  91-93
  6.1 本文的主要工作  91-92
  6.2 后续研究工作  92-93
参考文献  93-97
致谢  97-98
在学期间的研究成果及发表的学术论文  98

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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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