一种高超声速飞行器滑翔段弹道解析求解方法
【专利摘要】本发明公开了一种高超声速飞行器滑翔段弹道解析求解方法，包括以下几个步骤：步骤1：定义当地地心坐标系；步骤2：获取在当地地心坐标系下的运动方程；步骤3：获取滑翔弹道的解析解。本发明提出了升力系数坡度率调整量的概念，使得动力学方程能够将速度项分离，获得控制量与几何弹道的直接关系；本发明提出了再入弹道分段线性化的策略，通过引入当地地心坐标系，使得再入横向弹道能够线性化。
【专利说明】一种高超声速飞行器滑翔段弹道解析求解方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高超声速飞行器滑翔段弹道解析求解方法，属于航天技术、武器【技术领域】。
【背景技术】
[0002]高超声速飞行器是指飞行马赫数大于或者等于5的飞行器，它具有飞行速度快、突防能力强、全球到达、毁伤威力大等独特的优势，已经成为当今世界各国武器研制的热点和焦点。再入弹道规划则是高超声速飞行器的一项重要的关键技术，对于典型的高超声速飞行器再入弹道，滑翔段占据航程的绝大部分，因此，滑翔段的弹道规划就显得尤为重要。
[0003]在滑翔段的飞行过程中，飞行的速度和空域远大于常规导弹，将经历高度、马赫数的大范围变化，并且受到热流密度、动压、过载等诸多约束，使得滑翔段弹道规划成为一个高敏度问题。当前滑翔段弹道规划多采用数值优化算法来获得，如物理规划、高斯伪谱法、序列二次规划法、遗传算法+序列二次规划法、伪谱法等。然而这些方法都需要进行大量的计算，其中很大一部分是关于弹道积分的。因此，若能获得滑翔段弹道的解析解，将能够大大提高弹道规划的效率，同时，它还能够反应滑翔段飞行物理特性。因此滑翔段弹道解析解具有很高的理论意义和实际价值。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种高超声速飞行器滑翔段弹道解析求解方法，获得高度、弹道倾角、弹道偏角、经纬度、速度、攻角和倾侧角的解析解，为快速弹道规划提供理论支持。
[0005]一种高超声速飞行器滑翔段弹道解析求解方法，包括以下几个步骤:
[0006]步骤1:定义当地地心坐标系；
[0007]步骤2:获取在当地地心坐标系下的运动方程；
[0008]步骤3:获取滑翔弹道的解析解。
[0009]本发明的优点在于:
[0010]( 1)提出了升力系数坡度率调整量的概念，使得动力学方程能够将速度项分离，获得控制量与几何弹道的直接关系；
[0011](2)提出了再入弹道分段线性化的策略，通过引入当地地心坐标系，使得再入横向弹道能够线性化；
[0012](3)提出了以和匕为控制变量的再入弹道规划策略，使得横向和纵向弹道能够完全解率禹；
[0013](4)提出了考虑纵向弹道机动的能量-射程映射关系，从而获得更精确的速度解析解。
[0014](5)在进行弹道规划时不需要进行弹道积分，大大加快规划运算速度；
[0015](6)利用解析弹道横纵解耦的特点可使得弹道规划时可以分开考虑横向弹道和纵險曲线；
姐角曲线；
I曲线；
0弹道曲线；
I倾角曲线族；1走廊曲线；`如图2所示，坐标原点位于地心；χε1由地心指向飞行器；yel在由χε1与V的平面内，且与V同一侧；ζε1由右手定则确定(地心赤道旋转坐标系坐标原点同样为地心，ζε由地心北极，&处在赤道平面内指向本初子午线，ye由右手定则确定)。
[0048]进一步,地心赤道旋转坐标系与当地地心坐标系的关系,如图3所示。其中::^为轨道倾角(所谓轨道，即指广义赤道)，取值范围为0°至180° ; Q1为升交点赤经，取值范围为O。至360° ; Q1为近地点幅角，取值范围为0°至360°。xl、yl、y2均为过程坐标轴，用于描述坐标转换的过程。
[0049](I)求解转换矩阵
[0050]设飞行器的当前经纬度为[θ，Φ]，则它在地心赤道旋转坐标系中的单位位置矢量为，
[0051]r = [cos ^cos ^ cos^sin # sin ^]τ⑴
[0052]其中:θ为在地心赤道旋转坐标系下的当地经度；Φ为地心赤道旋转坐标系下的纬度；f为飞行器当前位置矢量。
[0053]为了在地心赤道旋转坐标系中将单位速度矢量表示出，需要进行如下坐标转换，
[0054]
【权利要求】
1.一种高超声速飞行器滑翔段弹道解析求解方法，包括以下几个步骤: 步骤1:定义当地地心坐标系； 当地地心坐标系361的坐标原点位于地心，161由地心指向飞行器；761在由、与V的平面内，且与V同一侧，261由右手定则确定； 地心赤道旋转坐标系36的坐标原点也为地心，26由地心北极，\处在赤道平面内指向本初子午线，76由右手定则确定； (1)获取转换矩阵； 当地地心坐标系361与地心赤道旋转坐标系36之间的转换矩阵为:
【文档编号】G06F17/50GK103838914SQ201310744002
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】陈万春, 周浩, 胡锦川 申请人:北京航空航天大学