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高超声速伸缩式变形飞行器再入制导方法

岳彩红 唐胜景 王肖 郭杰

岳彩红, 唐胜景, 王肖, 等 . 高超声速伸缩式变形飞行器再入制导方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(6): 1288-1298. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0183
引用本文: 岳彩红, 唐胜景, 王肖, 等 . 高超声速伸缩式变形飞行器再入制导方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(6): 1288-1298. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0183
YUE Caihong, TANG Shengjing, WANG Xiao, et al. Reentry guidance method of hypersonic telescopic deformable vehicle[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(6): 1288-1298. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0183(in Chinese)
Citation: YUE Caihong, TANG Shengjing, WANG Xiao, et al. Reentry guidance method of hypersonic telescopic deformable vehicle[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(6): 1288-1298. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0183(in Chinese)

高超声速伸缩式变形飞行器再入制导方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0183
基金项目: 

国家自然科学基金 11572036

详细信息
    通讯作者:

    唐胜景, E-mail: tangsj@bit.edu.cn

  • 中图分类号: V221+.3;TB553

Reentry guidance method of hypersonic telescopic deformable vehicle

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 11572036

More Information
  • 摘要:

    针对高超声速变形飞行器再入制导问题,提出了一种采用伸缩式机翼的高超声速变形飞行器外形方案,建立了含有展长变形量的气动模型和动力学模型。将该变形飞行器的展长变形量扩展为控制变量,分析了倾侧角、展长变形量和终端航程、高度之间的关系。在此基础上,利用倾侧角和展长变形量在线预测剩余航程和终端高度,通过数值方法校正2个控制量以满足航程约束和高度约束,通过航向角走廊确定倾侧角符号。仿真结果表明:该变形飞行器再入制导方法制导精度高,相比于传统固定外形飞行器终端约束能力更强、轨迹更加平滑,且在扰动条件下具有一定鲁棒性。

     

  • 图 1  传统固定外形飞行器构型

    Figure 1.  Configuration of traditional fixed shape vehicle

    图 2  高超声速伸缩式变形飞行器平面示意图

    Figure 2.  Schematic diagram of hypersonic telescopic deformable vehicle

    图 3  变形2升力系数曲线

    Figure 3.  Lift coefficient curves of morphing 2

    图 4  变形2阻力系数曲线

    Figure 4.  Drag coefficient curves of morphing 2

    图 5  变形2升阻比曲线

    Figure 5.  Lift to drag ratio curves of morphing 2

    图 6  不同外形升力系数随攻角变化曲线

    Figure 6.  Variation of lift coefficient with attack anglein different shapes

    图 7  不同外形阻力系数随攻角变化曲线

    Figure 7.  Variation of drag coefficient with attack anglein different shapes

    图 8  不同外形升阻比随攻角变化曲线

    Figure 8.  Variation of lift to drag ratio with attack angle in different shapes

    图 9  终端航程与倾侧角和展长变形量的关系

    Figure 9.  Relationship among range, bank angle and deformation

    图 10  终端高度与倾侧角和展长变形量的关系

    Figure 10.  Relationship among height, bank angle and deformation

    图 11  标准条件下的高度-速度曲线

    Figure 11.  Altitude-velocity curves under standard condition

    图 12  标准条件下的地面轨迹

    Figure 12.  Ground tracks under standard condition

    图 13  标准条件下的倾侧角曲线

    Figure 13.  Bank angles under standard condition

    图 14  标准条件下的展长变形量曲线

    Figure 14.  Deformation under standard condition

    图 15  标准条件下的热流密度曲线

    Figure 15.  Heating flux under standard condition

    图 16  标准条件下的动压曲线

    Figure 16.  Dynamic pressures under standard condition

    图 17  标准条件下的过载曲线

    Figure 17.  Overloads under standard condition

    图 18  扰动条件下的高度-速度曲线

    Figure 18.  Altitude-velocity curves under parameter perturbation

    图 19  扰动条件下的地面轨迹

    Figure 19.  Ground tracks under parameter perturbation

    图 20  扰动条件下的高度-速度终端误差分布

    Figure 20.  Altitude-velocity terminal error distribution

    图 21  扰动条件下的经度-纬度终端误差分布

    Figure 21.  Longitude-latitude terminal error distribution

    图 22  扰动条件下的热流密度曲线

    Figure 22.  Heating flux under parameter perturbation

    图 23  扰动条件下的动压曲线

    Figure 23.  Dynamic pressures under parameter perturbation

    图 24  扰动条件下的过载曲线

    Figure 24.  Overloads under parameter perturbation

    图 25  扰动条件下的展长变形量曲线

    Figure 25.  Deformations under parameter perturbation

    表  1  升力系数拟合结果

    Table  1.   Lift coefficient fitting results

    外形 m0 m1 m2 m3 m4 m5 RS系数
    原外形 0.121 0 -0.017 4 0.403 2 0.000 58 0.005 9 6.137 0.988 9
    变形1 0.213 5 -0.035 6 1.250 0 0.001 33 -0.012 2 5.128 0.990 9
    变形2 0.190 3 -0.034 7 2.243 0 0.001 35 -0.035 0 4.998 0.985 2
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    表  2  阻力系数拟合结果

    Table  2.   Drag coefficient fitting results

    外形 n0 n1 n2 n3 n4 n5 RS系数
    原外形 0.037 72 0.005 36 -0.679 1 -0.000 3 0.009 98 4.398 0.944 6
    变形1 0.065 33 0.001 05 -0.642 1 -0.000 2 0.003 22 4.972 0.986 3
    变形2 0.090 67 -0.002 60 -0.674 7 -0.000 1 0.001 92 5.834 0.993 2
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    表  3  再入任务初始状态

    Table  3.   Initial states of reentry task

    参数 H0/km λ0/(°) ϕ0/(°) V0/(m·s-1) θ0/(°) ψ0/(°)
    数值 80 10 -20 7 100 -1 45
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    表  4  再入任务终端状态

    Table  4.   Terminal states of reentry task

    参数 Hf/km λf/(°) ϕf/(°) Vf/(m·s-1)
    数值 35 57 15 2 000
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    表  5  终端误差

    Table  5.   Terminal errors

    对象 Δ Hf/m Δ Vf/(m·s-1) Δ sf/m
    变形飞行器 190.1 -3.4 3 884.4
    传统固定外形飞行器 -1 426.6 6.6 4 558.8
    变形飞行器 190.1 -3.4 3 884.4
    传统固定外形飞行器 -1 426.6 6.6 4 558.8
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    表  6  扰动参数

    Table  6.   Disturbance parameters

    参数 H0/km λ0/(°) ϕ0/(°) V0/(m·s-1) θ0/(°) ψ0/(°) m/% ρ/% CL/% CD/%
    3 σ 1 0.5 0.5 30 0.1 0.5 5 10 5 5
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-05-14
  • 录用日期:  2020-06-19
  • 网络出版日期:  2021-06-20

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