变构型多操纵面RLV进场着陆轨迹优化设计

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1、2015年12月北京航空航天大学学报December2015第41卷第12期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．41No．12http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0822变构型多操纵面RLV进场着陆轨迹优化设计郝现伟1，王勇“，杨业2，郭涛2(1．北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100191；2．北京航天自动控制研究所

2、，北京100854)摘要：针对变构型多操纵面可重复使用飞行器(RLV)的进场着陆问题，提出了一种进场着陆轨迹设计方法．将进场着陆轨迹分为深下滑着陆轨迹和拉平着陆轨迹；考虑了气动舵面可操纵偏转限制及深下滑拟平衡约束条件，对深下滑着陆轨迹进行了优化设计；考虑了RLV气动舵面调节余量和构型变化过程，以起落架放下时间、拉平法向过载及接地状态为约束，基于RLV动力学方程，采用轨迹推演的方法对拉平着陆轨迹进行了优化设计．深下滑着陆轨迹和拉平着陆轨迹组成完整的进场着陆轨迹，所设计的着陆轨迹综合考虑了多种约束条件，提高了着陆过程平稳性

3、和安全性．关键词：可重复使用飞行器；起落架；多操纵面；轨迹推演；进场着陆轨迹中图分类号：V417+．6；V249．32文献标识码：A文章编号：100卜5965(2015)12-2232-08进场着陆段是可重复使用飞行器(RLV)整个飞行过程的最后阶段，也是安全事故频发的阶段¨。1。在进场着陆段，RLV能否安全着陆不仅和设计的着陆飞行控制律相关，也和设计的着陆轨迹相关¨。71．由于合理的进场着陆飞行轨迹将使RLV进场着陆具有较好的可控性，并对飞行状态误差及风扰动具有较强的适应性”1，因此进场着陆轨迹的优化设计是RLV进场

4、着陆的关键技术．有关无动力飞行器着陆轨迹设计的研究，吸引了国内外学者的广泛关注．文献[3]针对x．34通过解决两点边界值问题，采用轨迹推演计算方法设计了进场着陆轨迹．文献[6．7]针对RLV通过轨迹几何参数迭代并采用轨迹拓展的方法设计了能量管理段和进场着陆段的轨迹．文献[8]针对某RLV应用能量分析法对能量消耗进行分析，设计了包括s型转弯段、航向校正圆柱过渡段和下滑拉平着陆段的投放轨迹．文献[9]采用hp自适应伪谱法对无动力飞行器的着陆轨迹进行了设计．然而现有的文献在设计着陆轨迹的过程中，通常不考虑气动舵面对着陆轨迹的

5、影响，不考虑RLV在着陆全程是否有足够的舵面调节余量，也不考虑飞行器的构型变化引起的气动特性变化对着陆性能的影响，甚至忽略了RLV沿设计的轨迹飞行是否有足够的时间放下起落架(包括正常放下和故障情况下应急放下)等重要因素．但飞行器的气动舵面偏转可操纵范围、构型变化及起落架放下过程却对于飞行器能否安全着陆具有较大影响¨“”’，因此设计着陆轨迹时不可忽略．常规飞机着陆轨迹通常采用下滑／指数拉平形式，而对于航天飞机、x．34、X．37B等具有小升阻比、无动力特性的高超声速飞行器的进场着陆轨迹常采用深下滑／圆弧拉起／指数拉起／浅

6、下滑收稿日期：2014-12-29；录用日期：2015．04．03；网络出版时间：2015-05-2114：53网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150521．1453．004．html基金项目：总装预研重点项目(9140A25030109HK0103)作者简介：郝现伟(1985一)，男，山东聊城人，博士研究生，haoxw一1220@163，corn+通讯作者：王勇(1966一)，男，湖北襄阳人，研究员，wy—buaa@sina．corn，主要研究方向为无人驾驶飞行

7、器飞行控制．引用格式：郝现伟，王勇。杨业，等．变构型多操纵面RLV进场着陆轨迹优化设计口J．北京航空航天大学学报，2015，41(12)：2232-2239，HaoXⅣ，WangY，YangY，eta1．optimizationdesignofapproachandlanding￡叫ectoryforvariableconfigurationRLVwithmulti—controlsurfaceslJ]．JournalofBeringUniversityofAeronauticsandAstronautics．2015

8、．4102)：2232．2239(inChinese)．第12期郝现伟，等：变构型多操纵面RLV进场着陆轨迹优化设计2233形式Ⅲo．本文针对变构型多操纵面RLV，考虑气动舵面调节余量和构型变化对飞行器着陆性能的影响，在对起落架放下时间、拉平法向过载及接地动压进行约束限制的情况下，基于质点动力学方程优化设计深下滑着陆轨迹和由圆弧拉