一種高超聲速飛行器滑翔段彈道解析求解方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高超聲速飛行器滑翔段彈道解析求解方法，包括以下幾個步驟：步驟1：定義當?shù)氐匦淖鴺讼?；步驟2：獲取在當?shù)氐匦淖鴺讼迪碌倪\動方程；步驟3：獲取滑翔彈道的解析解。本發(fā)明提出了升力系數(shù)坡度率調整量的概念，使得動力學方程能夠將速度項分離，獲得控制量與幾何彈道的直接關系；本發(fā)明提出了再入彈道分段線性化的策略，通過引入當?shù)氐匦淖鴺讼担沟迷偃霗M向彈道能夠線性化。
【專利說明】一種高超聲速飛行器滑翔段彈道解析求解方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高超聲速飛行器滑翔段彈道解析求解方法，屬于航天技術、武器【技術領域】。
【背景技術】
[0002]高超聲速飛行器是指飛行馬赫數(shù)大于或者等于5的飛行器，它具有飛行速度快、突防能力強、全球到達、毀傷威力大等獨特的優(yōu)勢，已經(jīng)成為當今世界各國武器研制的熱點和焦點。再入彈道規(guī)劃則是高超聲速飛行器的一項重要的關鍵技術，對于典型的高超聲速飛行器再入彈道，滑翔段占據(jù)航程的絕大部分，因此，滑翔段的彈道規(guī)劃就顯得尤為重要。
[0003]在滑翔段的飛行過程中，飛行的速度和空域遠大于常規(guī)導彈，將經(jīng)歷高度、馬赫數(shù)的大范圍變化，并且受到熱流密度、動壓、過載等諸多約束，使得滑翔段彈道規(guī)劃成為一個高敏度問題。當前滑翔段彈道規(guī)劃多采用數(shù)值優(yōu)化算法來獲得，如物理規(guī)劃、高斯偽譜法、序列二次規(guī)劃法、遺傳算法+序列二次規(guī)劃法、偽譜法等。然而這些方法都需要進行大量的計算，其中很大一部分是關于彈道積分的。因此，若能獲得滑翔段彈道的解析解，將能夠大大提高彈道規(guī)劃的效率，同時，它還能夠反應滑翔段飛行物理特性。因此滑翔段彈道解析解具有很高的理論意義和實際價值。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種高超聲速飛行器滑翔段彈道解析求解方法，獲得高度、彈道傾角、彈道偏角、經(jīng)緯度、速度、攻角和傾側角的解析解，為快速彈道規(guī)劃提供理論支持。
[0005]一種高超聲速飛行器滑翔段彈道解析求解方法，包括以下幾個步驟:
[0006]步驟1:定義當?shù)氐匦淖鴺讼担?br>
[0007]步驟2:獲取在當?shù)氐匦淖鴺讼迪碌倪\動方程；
[0008]步驟3:獲取滑翔彈道的解析解。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0010]( 1)提出了升力系數(shù)坡度率調整量的概念，使得動力學方程能夠將速度項分離，獲得控制量與幾何彈道的直接關系；
[0011](2)提出了再入彈道分段線性化的策略，通過引入當?shù)氐匦淖鴺讼?，使得再入橫向彈道能夠線性化；
[0012](3)提出了以和匕為控制變量的再入彈道規(guī)劃策略，使得橫向和縱向彈道能夠完全解率禹；
[0013](4)提出了考慮縱向彈道機動的能量-射程映射關系，從而獲得更精確的速度解析解。
[0014](5)在進行彈道規(guī)劃時不需要進行彈道積分，大大加快規(guī)劃運算速度；
[0015](6)利用解析彈道橫縱解耦的特點可使得彈道規(guī)劃時可以分開考慮橫向彈道和縱險曲線；
姐角曲線；
I曲線；
0彈道曲線；
I傾角曲線族；1走廊曲線；`如圖2所示，坐標原點位于地心；χε1由地心指向飛行器；yel在由χε1與V的平面內，且與V同一側；ζε1由右手定則確定(地心赤道旋轉坐標系坐標原點同樣為地心，ζε由地心北極，&處在赤道平面內指向本初子午線，ye由右手定則確定)。
[0048]進一步,地心赤道旋轉坐標系與當?shù)氐匦淖鴺讼档年P系,如圖3所示。其中::^為軌道傾角(所謂軌道，即指廣義赤道)，取值范圍為0°至180° ; Q1為升交點赤經(jīng)，取值范圍為O。至360° ; Q1為近地點幅角，取值范圍為0°至360°。xl、yl、y2均為過程坐標軸，用于描述坐標轉換的過程。
[0049](I)求解轉換矩陣
[0050]設飛行器的當前經(jīng)緯度為[θ，Φ]，則它在地心赤道旋轉坐標系中的單位位置矢量為，
[0051]r = [cos ^cos ^ cos^sin # sin ^]τ⑴
[0052]其中:θ為在地心赤道旋轉坐標系下的當?shù)亟?jīng)度；Φ為地心赤道旋轉坐標系下的緯度；f為飛行器當前位置矢量。
[0053]為了在地心赤道旋轉坐標系中將單位速度矢量表示出，需要進行如下坐標轉換，
[0054]
【權利要求】
1.一種高超聲速飛行器滑翔段彈道解析求解方法，包括以下幾個步驟: 步驟1:定義當?shù)氐匦淖鴺讼担? 當?shù)氐匦淖鴺讼?61的坐標原點位于地心，161由地心指向飛行器；761在由、與V的平面內，且與V同一側，261由右手定則確定； 地心赤道旋轉坐標系36的坐標原點也為地心，26由地心北極，\處在赤道平面內指向本初子午線，76由右手定則確定； (1)獲取轉換矩陣； 當?shù)氐匦淖鴺讼?61與地心赤道旋轉坐標系36之間的轉換矩陣為:
【文檔編號】G06F17/50GK103838914SQ201310744002
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權日:2013年12月30日
【發(fā)明者】陳萬春, 周浩, 胡錦川 申請人:北京航空航天大學