基于特征參數(shù)的吸氣式高超聲速飛行器上升段軌跡優(yōu)化①

丁洪波，蔡 洪

(國(guó)防科技大學(xué)航天與材料工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410073)

基于特征參數(shù)的吸氣式高超聲速飛行器上升段軌跡優(yōu)化①

丁洪波，蔡 洪

(國(guó)防科技大學(xué)航天與材料工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410073)

針對(duì)吸氣式高超聲速飛行器上升段軌跡優(yōu)化問題，提出并研究了基于特征參數(shù)的軌跡優(yōu)化方法。首先，建立了吸氣式高超聲速飛行器動(dòng)力學(xué)模型，給出了氣動(dòng)力和推力模型。根據(jù)上升段軌跡特性，建立了基于指數(shù)函數(shù)和多項(xiàng)式的控制變量的取值模型。該模型取決于若干特征參數(shù)，從而將一個(gè)求解泛函的最優(yōu)控制問題轉(zhuǎn)化為求解特征參數(shù)的非線性規(guī)劃問題，并采用序列二次規(guī)劃算法求解。針對(duì)初值敏感性，提出了基于遺傳算法的初值選取方法，以及基于物理意義的手動(dòng)選取方法。

吸氣式高超聲速飛行器;上升段;特征參數(shù);軌跡優(yōu)化;初值選取

0 引言

吸氣式高超聲速飛行器(AHFV)是未來最有可能實(shí)現(xiàn)高超聲速單級(jí)入軌和高超聲速巡航飛行的飛行器，它代表了未來航空航天領(lǐng)域的研究發(fā)展方向。這類飛行器所采用的超聲速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能與馬赫數(shù)、高度等飛行狀態(tài)密切相關(guān)，且發(fā)動(dòng)機(jī)余量較小。因此，必須對(duì)上升段飛行軌跡進(jìn)行優(yōu)化。

Buren和Mease［1］建立了單級(jí)入軌飛行器動(dòng)力學(xué)模型，采用了軌跡優(yōu)化軟件OTIS進(jìn)行了優(yōu)化，得到上升段飛行軌跡。Corban和Calise［2］采用能態(tài)近似法和奇異攝動(dòng)方法，在若干假設(shè)簡(jiǎn)化條件下，設(shè)計(jì)了一種次優(yōu)的軌跡優(yōu)化與制導(dǎo)方法。Lu Ping［3］采用動(dòng)態(tài)逆的思想設(shè)計(jì)了空天飛機(jī)的上升段軌跡。……