重复使用运载器末端区域能量管理段制导律设计

摘要

末端区域能量管理(TAEM)段是重复使用运载器(RLV)再入返回过程中的关键阶段，其主要目的是控制飞行器的能量，使飞行器能够顺利到达着陆窗口。为了适应不同初始能量状态，本文开展了多轨迹设计、纵横向综合制导、多约束制导等方面的研究。
　　通过建立三自由度模型分析了样例 RLV的对象特性，RLV具有无动力、升阻比小、升阻比变化显著、舵面对气动影响严重等特性，轨迹与制导律设计中需要考虑状态约束以及舵面的影响。
　　为了满足动压、过载和迎角等状态约束，利用动压剖面设计了能量走廊，并分析了各种不确定对能量走廊的影响，其中气动不确定性对能量走廊影响严重。为了适应不同初始高度和能量状态，通过规划不同的动压剖面形状设计多条轨迹，形成轨迹数据库；利用高度、能量与待飞距离选择标称轨迹。
　　为了保证任意能量状态时的成功返回，给出了横侧向调整待飞距离、纵向跟踪该待飞距离对应的能量的纵横向综合制导方案。当能量过剩或适中时，横侧向调整待飞距离、纵向跟踪高度剖面，并在亚音速段，利用减速板控制速度，保证能量控制的精度；当能量不足时，纵向保持最大升阻比迎角飞行，横侧向调整最小待飞距离，以尽快到达机场。针对过载、动压和迎角的约束问题，利用动态约束的思想，按照优先级进行边界控制，保证飞行的安全。为了实现TAEM段安全任务的飞行，设计了制导回路和约束回路的制导律。
　　最后，针对TAEM段初始条件的不确定性、飞行过程中存在的各种不确定性和风的干扰，对制导系统进行了验证，结果表明制导策略完备、制导系统鲁棒性良好。

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注释表

缩略词

第一章 绪 论

1.1 重复使用运载器概述

1.2 TAEM飞行特点

1.3 TAEM制导技术研究现状

1.4 本文要解决的主要问题

1.5 本文的内容安排

第二章 总体方案

2.1 引言

2.2 问题描述

2.3 制导的体系结构

2.4 制导方案

2.5 验证方案

2.6 本章小结

第三章 对象特性建模与分析

3.1 引言

3.2 对象特性建模

3.3 对象特性分析

3.4 本章小结

第四章 TAEM轨迹设计

4.1 引言

4.2 轨迹设计思路

4.3 轨迹设计方法

4.4 能量走廊的设计

4.5 标称轨迹的设计

4.6 本章小结

第五章 TAEM制导律设计

5.1 引言

5.2 能量管理思想

5.3 纵横向综合制导方案

5.4 制导律设计

5.5 仿真验证

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文主要成果

6.2 后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文