重复使用运载器初期再入段制导技术研究

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1、中图分类号：V448论文编号：102870315-S196学科分类号：081105硕士学位论文重复使用运载器初期再入段制导技术研究研究生姓名俞斌学科、专业导航、制导与控制研究方向飞行控制技术指导教师孙春贞助理研究员南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonReentryGuidanceMethod

2、forReusableLaunchVehicleAThesisinNavigation,GuidanceandControlbyYuBinAdvisedbySunChunZhenSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含

3、任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：摘要重复使用运载器（ReusableLaunchVehicle,RLV）是未来航天运输系统发展的主要方向，初期再入段是进入大气层的第一个阶段，该阶段飞行环境复杂，飞行器面临着严峻的

4、飞行安全问题，同时需要满足飞行任务的各项要求，这对初期再入制导的安全性和可靠性提出了很高的要求。本文研究RLV初期再入段的标称轨迹设计技术和制导律设计技术。为了描述RLV初期再入段的运动状态，本文给出了三自由度运动模型，根据样例RLV的气动布局，对其升阻比特性和配平能力进行分析，为设计标称轨迹和制导律提供依据。本文首先通过分析迎角剖面对总体约束的影响，规划了再入迎角剖面。通过分析RLV的初始状态（轨迹角、速度）对再入飞行安全的影响，确定了初始轨迹角-初始速度范围。为了保证再入飞行安全，在阻力加速度-速度

5、剖面内描述总体约束，形成了再入走廊，并分析了不确定性对再入走廊的影响。最后根据再入飞行的具体任务，采用分段设计方法确定标称轨迹。形成了完整的标称轨迹设计方法，最后通过不确定性仿真验证了该方法设计的标称轨迹的正确性和鲁棒性。针对再入飞行的特点，将再入制导分为纵向制导和横侧向制导。通过控制滚转角的大小跟踪标称轨迹，保证再入安全，实现纵向制导的目的。横侧向通过控制滚转角的方向减小进入能量管理窗口时的航向偏差。再入飞行时存在大量不确定性，与标称轨迹设计时的理想情况不同，导致RLV无法到达目标区域。针对这一问题，

6、设计了航程修正方案，实时反馈航程偏差更新标称轨迹，最后通过不确定性仿真验证了该航程修正方案以及再入制导策略的正确性和鲁棒性。关键词：初期再入段，再入走廊，标称轨迹，制导策略，航程修正，鲁棒性iABSTRACTReusableLaunchVehicle(RLV)isamaindevelopmenttrendofspacetransportationsystem,theinitialreentrysegmentisthefirstphaseofthewholeentryprocesswithanextrem

7、elycomplexflightenvironment,RLVinthisphaseencounterssevereflightconstraintswhichthreatentheflightsafety,atthesametimeRLVneedstocompletethemissionmeetingalltherequirements,thesedemandhighlyforthesafetyandreliabilityofthereentryguidance.Inthispaper,thenomi

8、naltrajectorydesignandtheguidancelawarediscussed.Inthispaper,amotionmodelofthree-degrees-freedomispresentedtodescribethemotionofRLVinreentrysegment.Thelift-to-dragratioandbalanceabilityareanalyzedduetotheaerodynamiclayouto