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一种短航程再入解析预测校正制导方法

周亮 张洪波

周亮, 张洪波. 一种短航程再入解析预测校正制导方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(2): 398-405. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0318
引用本文: 周亮, 张洪波. 一种短航程再入解析预测校正制导方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(2): 398-405. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0318
ZHOU Liang, ZHANG Hongbo. An analytical predictor-corrector guidance method designed for spacecraft reentry with short range[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(2): 398-405. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0318(in Chinese)
Citation: ZHOU Liang, ZHANG Hongbo. An analytical predictor-corrector guidance method designed for spacecraft reentry with short range[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(2): 398-405. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0318(in Chinese)

一种短航程再入解析预测校正制导方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0318
详细信息
    作者简介:

    周亮  男, 硕士研究生。主要研究方向: 飞船再入动力学

    张洪波  男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向: 飞行动力学与控制

    通讯作者:

    张洪波. E-mail: zhanghb1304@nudt.edu.cn

  • 中图分类号: V448.2

An analytical predictor-corrector guidance method designed for spacecraft reentry with short range

More Information
  • 摘要:

    针对载人探月飞船高速再入返回问题,提出了一种短航程低过载的再入解析预测校正制导方法。引入大升阻比航天器滑翔式再入的概念,通过设定再入过程中滑翔段轨迹形式,利用轨迹参数描述滑翔段轨迹,推导出预测航程的解析公式。为使终端误差满足要求,通过试位法校正轨迹参数,并换算得到倾侧角制导指令。在偏差条件下进行仿真,实现了飞船2100km任务航程下400~450s内以低于6.5g0的过载再入,结果表明,所提制导方法具有较高的精度和较强的鲁棒性,为载人探月飞船应急快速返回提供了参考思路。

     

  • 图 1  探月飞船滑翔再入阶段划分

    Figure 1.  Lunar spacecraft glide reentry phase division

    图 2  轨迹参数搜索流程

    Figure 2.  Flowchart of trajectory parameter search

    图 3  预测校正制导方法流程

    Figure 3.  Flowchart ofpredictor-corrector guidance method

    图 4  高度-速度曲线

    Figure 4.  Height vs velocity

    图 5  横程-航程曲线

    Figure 5.  Crossrange vs downrange

    图 6  过载-时间曲线

    Figure 6.  Load vs time

    图 7  倾侧角-时间曲线

    Figure 7.  Bank angle vs time

    表  1  再入点初始状态和任务参数

    Table  1.   Reentry initial state and mission parameters

    状态参数 数值
    再入速度/(m·s-1) 11 000
    再入角/(°) -5.9
    速度方位角/(°) 34.3
    开伞点经度/(°) 120
    开伞点纬度/(°) 50
    再入点高度/km 120
    任务航程/km 2 100
    开伞高度/km 10
    下载: 导出CSV

    表  2  航程2 100 km偏差条件下制导结果

    Table  2.   Guidance results with deviation(Range 2 100 km)

    误差设置 终端航程误差/km 终端横程误差/km 最大过载/g0 飞行时间/s
    再入点高度/km +1 2.05 -1.06 5.44 428.0
    -1 2.22 -1.13 5.95 436.0
    再入速度/
    (m·s-1)
    +200 2.32 -1.01 5.74 412.5
    -200 2.39 -1.60 6.15 441.0
    速度倾角/(°) +0.1 2.65 -1.63 5.72 416.5
    -0.1 2.15 -1.14 6.31 437.0
    升力系数 +15% 3.01 2.62 5.49 432.5
    -15% -0.18 -0.92 5.78 416.5
    阻力系数 +15% -1.59 -1.41 6.08 434.0
    -15% 4.34 1.96 5.69 411.5
    大气密度 +20% 0.05 -2.09 6.04 452.5
    -20% 3.62 -0.75 5.63 405.0
    均值 1.92 -0.68 5.84 426.9
    下载: 导出CSV
  • [1] 王大轶, 郭敏文. 航天器大气进入过程制导方法综述[J]. 宇航学报, 2015, 36(1): 1-8. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YHXB201501002.htm

    WANG D Y, GUO M W. Review of spacecraft entry guidance[J]. Journal of Astronautics, 2015, 36(1): 1-8(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YHXB201501002.htm
    [2] 杨孟飞, 张高, 张伍, 等. 探月三期月地高速再入返回飞行器技术设计与实现[J]. 中国科学: 技术科学, 2015, 45(2): 111-123. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JEXK201502001.htm

    YANG M F, ZHANG G, ZHANG W, et al. Technique design and realization of the circumlunar return and reentry spacecraft of 3rd phase of Chinese lunar exploration program[J]. Scientia Sinica Technologica, 2015, 45(2): 111-123(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JEXK201502001.htm
    [3] 杨宏. 载人航天器技术[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 2018: 418-433.

    YANG H. Human spacecraft technology[M]. Beijing: Beijing Institute of Technology Press, 2018: 418-433(in Chinese).
    [4] GRAVES C A. Apollo experience report: Mission planning for Apollo entry[M]. Washington, D. C. : National Aeronautics and Space Administration, 1972.
    [5] MCHENRY R L, LONG A D, COCKRELL B F, et al. Space shuttle ascent guidance, navigation, and control[J]. Journal of the Astronautical Sciences, 1979, 27(1): 1-38. http://adsabs.harvard.edu/abs/1979JAnSc..27....1M
    [6] PUTNAM Z R. Improving lunar return entry range capability using enhanced skip trajectory guidance[J]. Journal of Spacecraft and Rockets, 2008, 45(2): 309-315. doi: 10.2514/1.27616
    [7] BRUNNER C W, LU P. Comparison of fully numerical predictor-corrector and Apollo skip entry guidance algorithms[J]. Journal of the Astronautical Sciences, 2012, 59(3): 517-540. doi: 10.1007/s40295-014-0005-1
    [8] LU P. Entry guidance: A unified method[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2014, 37(3): 713-728. doi: 10.2514/1.62605
    [9] TIGGES M, LING L.A predictive guidance algorithm for Mars entry[C]//27th Aerospace Sciences Meeting.Reston: AIAA, 1989: 632.
    [10] KLUEVER C A. Entry guidance using analytical atmospheric skip trajectories[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2008, 31(5): 1531-1535. doi: 10.2514/1.32314
    [11] PAN L, PENG S, XIE Y, et al. 3D guidance for hypersonic reentry gliders based on analytical prediction[J]. Acta Astronautica, 2020, 167: 42-51. doi: 10.1016/j.actaastro.2019.07.039
    [12] 赵汉元. 飞行器再入动力学和制导[M]. 长沙: 国防科技大学出版社, 1997.

    ZHAO H Y. Spacecraft reentry dynamics and guidance[M]. Changsha: National University of Defense Technology Press, 1997(in Chinese).
    [13] LU P. Asymptotic analysis of quasi-equilibrium glide in lifting entry flight[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2006, 29(3): 662-670. doi: 10.2514/1.15789
    [14] LIANG Z, LIU S, LI Q, et al. Lateral entry guidance with no-fly zone constraint[J]. Aerospace Science and Technology, 2017, 60: 39-47. doi: 10.1016/j.ast.2016.10.025
    [15] LU P, BRUNNER C W, STACHOWIAK S J, et al. Verification of a fully numerical entry guidance algorithm[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2017, 40(2): 230-247. doi: 10.2514/1.G000327
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-04
  • 录用日期:  2020-08-14
  • 网络出版日期:  2021-02-20

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