升力式飞行器多阶段轨迹优化改进策略研究

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1、2013年第2期导弹与航天运载技术No.22013总第325期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.325文章编号：1004-7182(2013)02-0008-05DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20130202升力式飞行器多阶段轨迹优化改进策略研究洪蓓，辛万青（北京宇航系统工程研究所，北京，100076）摘要：针对伪谱法求解多阶段多约束最优控制问题时存在的控制变量不连续问题，提出一种改进优化策略，增加攻角和倾侧角为状态变量，选择攻角变化率与倾侧角变化率为控制变量，考虑动压、过载、热流密度、边界层转捩等约束

2、影响，采用hp自适应伪谱法对升力式再入飞行器多阶段多约束轨迹优化问题进行数值仿真。仿真结果表明控制变量在不同飞行阶段之间变化连续且平缓，该方法简单有效，具有较强的工程应用价值。关键词：升力式再入飞行器；多阶段；多约束；轨迹优化；hp自适应伪谱法中图分类号：V412.4文献标识码：AImprovedStrategyofLiftVehicleMulti-phaseTrajectoryOptimizationHongBei,XinWanqing（BeijingInstituteofAstronauticalSystemEngineering,Beijing,10

3、0076）Abstract:Amodifiedstrategyispresentedforcontrolvariablediscontinuitywhenusingpseudospectralmethodtosolveamulti-phaseandmulti-constraintoptimalcontrolproblem.Theangleofattackandbankarechosenasstatevariablesandthechangerateofthetwoanglesarechosenascontrolvariables,consideringth

4、einfluenceofdynamicpressure,overload,heatflowdensityandboundarylayertransition,theproblemofliftreentryvehiclemulti-phaseandmulti-constrainttrajectoryoptimizationissimulatedbyusinghp-adaptivepseudospectralmethod.Thesimulationresultsshowthatthecontrolvariablesindifferentflightphases

5、arecontinuousandsmooth.Themethodissimpleandeffective,whichhasagreatvalueinthepracticalapplications.KeyWords:Liftreentryvehicle;Multi-phase;Multi-constraint;Trajectoryoptimization;Hp-adaptivepseudospectralmethod0引言旨在研究多段轨迹协调优化问题。过渡段，升力式飞升力式飞行器改变了常规的弹道式再入模式，具行器无动力滑行，在重力作用下当地弹道倾角逐渐增有

6、很高的飞行速度，很强的机动能力，飞行轨迹难以大，下降到65km左右高度时，在反作用控制系统和预测，增加了敌方预警系统及时发现的难度。由于采气动力联合作用下变轨，轨迹又重新拉平至当地弹道用高升阻比外形，气动控制能力强，具有很高的打击倾角为零度，以满足滑翔段初始高度和当地弹道倾角精度，逐渐成为一种新的威慑力量，受到各军事大国要求。滑翔段，升力式飞行器利用高升阻比气动外形的重视。对该类飞行器的研究将推动高超声速气动、借助较高初速度产生的离心力和空气动力进行长时间防热、轨迹优化、制导控制等相关技术的发展，为未无动力跳跃滑翔飞行，并可进行大范围横向机动。为来可重复使

7、用运载器、可重复使用轨道机动飞行器、了更好地与助推段和下压段平滑衔接，在过渡段的起空天飞机武器平台及天地往返运输平台等的研制提供始点和滑翔段的终止点需要严格满足交接班条件。理论基础与技术支持。升力式飞行器的过渡段及滑翔段轨迹优化问题实升力式飞行器可由多种发射工具发射，如一次性质上是一类多阶段、多约束、多目标的最优控制问题，运载火箭、弹道导弹、空射运载火箭、空间作战飞行可以转化为多个两点边值问题求解。作为直接法中较器、高超声速巡航飞行器等。以采用运载火箭发射为为热门的一个分支，伪谱法在求解最优控制问题时表[1]例，整个飞行轨迹可分为4个阶段：助推段、过渡段、

8、现出了良好的精确性和快速收敛性，但对于多阶段、滑翔段和下压段。本文