可重復使用運載器上升段及應急返回段軌跡設計技術研究.pdf

1、以末端區(qū)域能量管理段(TAEM)關鍵技術驗證為目的韻可重復使用運載器(RLV)上升段的最大高度和最大馬赫數(shù)分別約為30km和3。如果在上升段正常飛行，RLV到達最高點后經(jīng)TAEM到達自動著陸窗口(ALI)；如果在上升段出現(xiàn)發(fā)動機故障停車，RLV將經(jīng)應急上升段、應急返回段到達ALI。
　　 本文研究以TAEM飛行試驗為背景的RLV上升段及應急返回段軌跡設計技術。
　　 RLV正常上升段稱為標稱上升段，其軌跡設計是受到多性能

2、指標(因RLV而異)、多物理約束(主要指動壓、過載約束)共同約束的兩點邊界值問題。樣例RLV的性能指標主要是最大馬赫數(shù)和最大高度。因發(fā)動機工作時間有限制，所以分別表征動能和勢能的兩指標會此消彼長。因此，標稱上升段軌跡設計須在不違反物理約束的前提下平衡各指標量。本文提出的方案是從質點動力學角度先定性規(guī)劃出航跡傾斜角剖面方案，一然后通過軌跡推演來確定剖面參數(shù)，并獲得參考軌跡各剖面。
　　 應急上升段起于故障停車而止于航跡改平，飛行中

3、須排空剩余燃料。為使隨后的應急返回段初始能量最大，應急上升段軌跡設計須在不違反物理約束的前提下使終點能量最大即能量衰減最慢。影響能量衰減快慢的因素主要是克服阻力做功量(主要取決于航跡傾斜角剖面)和燃料排空時機，二者耦合在一起。
　　 本文提出一種航跡傾斜角剖面方案可解除此耦合，并在此基礎上從質點動力學分析入手研究了排空時機影響能量衰減快慢的規(guī)律，給出排空時機方案，并用于應急上升段在線參考軌跡設計。
　　 應急返回段起于應

4、急上升段終點而止于ALI，TAEM可視為其特例。TAEM軌跡設計以能量走廊為核心概念，忽略縱向/橫側向機動之間的耦合，屬于二維軌跡設計。對于非TAEM的應急返回段，可采用二維設計方法。因初始高度無法預知，軌跡設計須基于待飛距離，本文提出一種基于待飛距離的軌跡設計方法，可使軌跡迭代推演快速收斂，并用于應急返回段二維參考軌跡在線設計。
　　 在應急返回段，軌跡設計中若要實現(xiàn)按需使用橫側向機動，則須使用三維軌跡設計方法，必須規(guī)劃考慮縱

5、向/橫側向機動間耦合影響的橫側向參考軌跡，并基于動壓參考剖面和橫側向參考軌跡迭代推演三維參考軌跡。本文基于蛇形機動式軌跡，提出一種組合使用三種軌跡模態(tài)來消除位置、航向誤差的橫側向參考軌跡規(guī)劃算法，可根據(jù)位置誤差的大小選擇不同軌跡形式規(guī)劃軌跡。對于應急返回段三維軌跡迭代推演，本文提出一種在同一優(yōu)化問題中跟蹤動壓參考剖面和橫側向參考軌跡的算法，使三維軌跡迭代推演可以快速收斂。
　　 最后，在MATLAB的Simulink模塊下搭建了