基于准平衡滑翔原理的力热控制耦合设计方法与流程

技术特征：

1.基于准平衡滑翔原理的力热控制耦合设计方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)建立基于准平衡滑翔原理建立再入飞行器动力学模型：

$\stackrel{\·}{r}=V\sin \mathrm{\γ}$

其中，r为再入飞行器质心到地心的距离，用地球半径R₀＝6378km进行无量纲化，V为再入飞行器相对于地球的速度，用进行无量纲化，为第一宇宙速度，其中g₀为重力加速度9.81m/s²，θ和分别为再入飞行器经度和纬度坐标，弧度为单位，γ为速度矢量与水平面的夹角，ψ为从指北方向顺时针计量的速度方向角，σ为再入飞行器当前滚转角，Ω为无量纲化的地球自转角速度，L和D分别为作用于再入飞行器上的升力加速度和阻力加速度，用g₀进行无量纲化；

(2)将再入飞行器的力热约束转化为高度—速度剖面约束，得到满足力热约束的纵向飞行走廊；

(3)将再入飞行器动力学模型进行线性化展开，得到模型中各项状态量对应的线性化方程，基于线性化方程采用线性二次型最优控制方法设计纵向制导律；

(4)根据再入飞行器当前飞行高度、速度、弹道倾角以及预先设计的标准飞行轨迹，计算得到当前飞行偏差，根据当前飞行偏差和步骤(3)得到的纵向制导律，计算修正飞行偏差所需要的升力与阻力，根据升阻比得到再入飞行器的倾侧角指令，从而控制再入飞行器飞行轨迹始终位于步骤(2)确定的纵向飞行走廊内；

(5)根据再入飞行器当前横向位置与速度偏角相对于标准弹道的偏差，基于标称轨迹跟踪法或比例导引法设计倾侧角翻转逻辑，通过倾侧角符号改变调整横向过载方向，将横向位置与速度偏角偏差控制在预先确定的横向机动范围内。

2.根据权利要求1所述的基于准平衡滑翔原理的力热控制耦合设计方法，其特征在于：所述无量纲化处理后的升力加速度L和阻力加速度D满足如下公式：

和

式中ρ为再入飞行器当前位置大气密度，S_ref为再入飞行器参考面积，m为再入飞行器质量，C_L和C_D为升力系数和阻力系数，为攻角α和马赫数的函数。

3.根据权利要求2所述的基于准平衡滑翔原理的力热控制耦合设计方法，其特征在于：所述步骤(2)的具体实现方法如下：

a)利用如下公式将飞行动压约束转化为高度—速度剖面约束：

$h\≥-\frac{1}{\mathrm{\β}}ln\left(2\frac{q}{{\mathrm{\ρ}}_0{V}^2}\right)$

其中q为飞行动压约束，h为飞行高度，ρ₀为地平面标准大气密度，β为空气密度拟和参数；

b)利用如下公式将法向过载约束转化为高度—速度剖面约束：

$h\≥-\frac{1}{\mathrm{\β}}ln\left(2\frac{n_y{\mathrm{mg}}_0}{C_L{S}_{ref}{\mathrm{\ρ}}_0{V}^2}\right)$

其中n_y为再入飞行器飞行过载约束；

c)利用如下公式将最大热流约束转化为高度—速度剖面约束：

$h\≥-\frac{1}{\mathrm{\β}}ln\left(\frac{C^2}{{\mathrm{\ρ}}_0{v}^6}\right)$

其中q_s为驻点热流限制，R_N为再入飞行器头锥半径，为第一宇宙速度；

d)利用如下公式将平衡滑翔边界约束转化为高度—速度剖面约束：

$h\≤-\frac{1}{\mathrm{\β}}ln\left(2\frac{g(\frac{1}{V^2}-\frac{1}{{v_c}^2})}{C_L{S}_{ref}{\mathrm{\ρ}}_0}m\right)$

e)上述a)、b)、c)、d)四步得到的高度—速度剖面约束构成再入飞行器的纵向飞行走廊。