亚燃冲压发动机-飞行器上升段轨迹最优化

摘要

本文研究一个由理想的亚燃冲压发动机推进的原理型飞行器在Ma2-5,海拔16.8-21.2km竖直平面加速爬升的最优轨迹。选取飞行攻角、燃料当量比和尾喷管喉道面积作为控制量,分别选取最小油耗和最小时间作为优化的性能指标,并考虑适当的约束天骄,包括进气道不启动裕度、动压以及各种状态/控制约束,构造最优控制问题。应用高斯伪谱法求解典型的非线性规划问题,数值结果表明,最优轨迹需要飞行器先水平加速,待动压达到足够大时开始爬升。通过分析各种状态/控制参数分布,以及在加速过程中的功率和效率分布,发现亚燃冲压发动机-飞行器轨迹优化问题的核心是对发动机性能与大气环境进行合理的匹配。