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阻力和升力加速度指令快速解析与跟踪制导

刘刚

刘刚. 阻力和升力加速度指令快速解析与跟踪制导[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(3): 401-411. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0589
引用本文: 刘刚. 阻力和升力加速度指令快速解析与跟踪制导[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(3): 401-411. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0589
LIU Gang. Drag and lift acceleration commands rapid calculation and tracking guidance[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2022, 48(3): 401-411. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0589(in Chinese)
Citation: LIU Gang. Drag and lift acceleration commands rapid calculation and tracking guidance[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2022, 48(3): 401-411. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0589(in Chinese)

阻力和升力加速度指令快速解析与跟踪制导

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0589
详细信息
    通讯作者:

    刘刚, E-mail: lgiuang@21cn.com

  • 中图分类号: V448.235

Drag and lift acceleration commands rapid calculation and tracking guidance

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  • 摘要:

    针对升力式飞行器的滑翔段制导问题,提出一种阻力和升力加速度指令在线快速解析与跟踪制导方法。通过一维质点运动学解析并加权直接得到阻力加速度指令。引入虚拟目标和伪视线角的概念,将比例导引应用于滑翔段得到升力加速度指令。利用阻力加速度和攻角的单调性关系, 通过改变攻角跟踪阻力加速度指令。倾侧角用于辅助跟踪阻力加速度指令,满足给定条件后切换至跟踪升力加速度指令。航迹方向角的控制通过倾侧角按反转走廊边界改变正负号实现。动压、热流、过载等约束可通过相关敏感参数的设计得到满足。所提方法不依赖参考轨迹和攻角剖面,计算量小,可实现对终端速度和终端高度的高精度控制。

     

  • 图 1  典型的阻力加速度加权系数剖面

    Figure 1.  Typical drag acceleration weighting coefficient profile

    图 2  典型的侧向偏差走廊

    Figure 2.  Typical azimuth deviation corridor

    图 3  制导方法流程

    Figure 3.  Flowchart of guidance method

    图 4  σmax1取不同值时的最大驻点热流

    Figure 4.  Maximum stagnation heat flux for different values of σmax1

    图 5  阻力加速度加权系数最大值取不同值时的动压

    Figure 5.  Dynamic pressure for different drag acceleration weighting coefficient maximum values

    图 6  期望终端弹道倾角取不同值时的动压

    Figure 6.  Dynamic pressure for different expected terminal trajectory inclination angles

    图 7  侧向偏差走廊设计

    Figure 7.  Design of azimuth deviation corridor

    图 8  速度曲线

    Figure 8.  Velocity curve

    图 9  高度曲线

    Figure 9.  Height curve

    图 10  弹道倾角曲线

    Figure 10.  Trajectory inclination angle curve

    图 11  攻角曲线

    Figure 11.  Attack angle curve

    图 12  倾侧角曲线

    Figure 12.  Inclination angle curve

    图 13  动压曲线

    Figure 13.  Dynamic pressure curve

    图 14  驻点热流曲线

    Figure 14.  Stagnation heat flux curve

    图 15  法向过载曲线

    Figure 15.  Normal overload curve

    图 16  阻力加速度曲线

    Figure 16.  Drag acceleration curves

    图 17  升力加速度曲线

    Figure 17.  Lift acceleration curves

    图 18  地面轨迹

    Figure 18.  Ground track

    图 19  终端速度散布图

    Figure 19.  Scatter of terminal velocity

    图 20  终端高度散布图

    Figure 20.  Scatter of terminal height

    图 21  终端待飞纵程散布图

    Figure 21.  Scatter of terminal longitudinal range to go

    图 22  终端弹道倾角散布图

    Figure 22.  Scatter of terminal trajectory inclination angle

    图 23  终端航迹方向角偏差(绝对值)散布图

    Figure 23.  Scatter of terminal azimuth deviation (absolute value)

    图 24  最大动压散布图

    Figure 24.  Scatter of maximum dynamic pressure

    图 25  最大驻点热流散布图

    Figure 25.  Scatter of maximum stagnation heat flow

    图 26  最大法向过载(本体坐标系)散布图

    Figure 26.  Scatter of maximum normal overload (body coordinate system)

    表  1  任务初始和终端参数

    Table  1.   Initial and terminal parameters of task

    参数 初始值 终端期望值
    h/km 71 27
    λ/(°) 0
    ϕ/(°) 0
    v/(m·s-1) 7 300 900
    χt/(°) 90
    θ/(°) -0.5 -2.0
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    表  2  阻力加速度加权系数剖面设计

    Table  2.   Design of drag acceleration weighting coefficient profile

    参数 情况1 情况2 情况3
    L01/km 180 180 180
    L02/km 300 300 300
    kaxmax 1.0 1.2 1.36
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    表  3  蒙特卡罗仿真偏差项

    Table  3.   Deviation term of Monte Carlo simulation

    参数 h/km λ/(°) ϕ/(°) v/(m·s-1) θ/(°)
    偏差值 ±1 ±0.5 ±0.5 ±100 ±0.05
    参数 χt/(°) m cl cd ρ
    偏差值 ±0.5 ±3% ±10% ±10% ±10%
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    表  4  高空风剖面

    Table  4.   Upper wind profile

    大地高度/km 东西向风/(m·s-1) 南北向风/(m·s-1)
    最大值 最小值 最大值 最小值
    73 60 -30 30 -30
    26 30 -30 10 -10
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    表  5  终端参数控制精度

    Table  5.   Control accuracy of terminal parameters

    方法 纵程误差/m 速度误差/(m·s-1) 高度误差/m 弹道倾角/(°) 航迹方向角偏差/(°)
    文献[10] ±1 200 ±25 ±3 000 ±2.5 ±9.31
    本文 ±1 0~+1.8 -110~+160 -3.5~+0.5 ±8.4
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-19
  • 录用日期:  2021-01-24
  • 网络出版日期:  2022-03-20

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