平穩(wěn)滑翔/準(zhǔn)自然頻率跳躍滑翔組合機(jī)動突防彈道規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明提供一種平穩(wěn)滑翔/準(zhǔn)自然頻率跳躍滑翔組合機(jī)動突防彈道規(guī)劃方法，屬 于航天技術(shù)、武器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著反導(dǎo)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)動突防設(shè)計成為任務(wù)規(guī)劃中不可或缺的一 環(huán)。相對于傳統(tǒng)的彈道導(dǎo)彈來說，助推/滑翔式高超聲速飛行器擁有更強(qiáng)的機(jī)動能力，通過 傾側(cè)反轉(zhuǎn)能夠進(jìn)行大范圍的橫向機(jī)動;而縱向機(jī)動則主要有平穩(wěn)機(jī)動滑翔和跳躍機(jī)動滑翔 兩種方案。盡管平穩(wěn)機(jī)動滑翔具有高度變化平緩、熱流密度和動壓峰值小、攻角和傾側(cè)角曲 線光滑等優(yōu)點，且便于確定再入彈道在約束走廊中的位置，但跳躍滑翔彈道具有更大的縱 向機(jī)動幅度，若能解決跳躍機(jī)動過程中的過程約束問題，則其在機(jī)動突防時更具優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] ( -）目的：本發(fā)明的目的是提供一種平穩(wěn)滑翔/準(zhǔn)自然頻率跳躍滑翔組合機(jī)動突 防彈道規(guī)劃方法，它利用再入滑翔彈道高度跳躍滑翔彈道的高度振幅預(yù)測，通過阻尼反饋 對彈道高度振幅進(jìn)行精確控制，最后給出了 一種平穩(wěn)滑翔/準(zhǔn)自然頻率跳躍滑翔組合機(jī)動 突防彈道快速規(guī)劃方法。
[0004] (二)技術(shù)方案:本發(fā)明一種平穩(wěn)滑翔/準(zhǔn)自然頻率跳躍滑翔組合機(jī)動突防彈道規(guī) 劃方法，包括以下幾個步驟：
[0005] 步驟1:再入滑翔縱向動力學(xué)建模
[0006] 忽略地球自轉(zhuǎn)，高超聲速飛行器再入滑翔彈道的縱向運(yùn)動方程，如下所示：
[0007]
[0008]
[0009]
[0010] 上式中，h、V、y分別為再入飛行器的高度、速度、彈道傾角；/;、h f分別為再入 飛行器的高度、速度和彈道傾角對時間的導(dǎo)數(shù);r為從地心至飛行器的徑向距離，與高度的 關(guān)系為h = r-R〇,其中R〇為地球半徑;g為重力加速度。
[0011] 步驟2:跳躍滑翔彈道高度振幅解析解
[0012] 定義平穩(wěn)滑翔高度增量和彈道傾角增量分別如下：
[0013] Ah = h-hsg
[0014] Δ γ = γ - γ sg
[0015] 上式中，△ h和△ γ分別為平穩(wěn)滑翔高度增量和彈道傾角增量;hSg和γ Sg分別為平 穩(wěn)滑翔高度和彈道傾角；由于再入過程中彈道傾角（包括平穩(wěn)滑翔彈道傾角）為小量，因此 可假設(shè)siny sg? ysg，siny ? Y，cosysg? cosy ?1，從而可得平穩(wěn)滑翔高度增量和彈道 傾角增量的關(guān)系如下：
[0016]
[0017]上式中，kL1為平穩(wěn)滑翔高度相關(guān)的量;&為指數(shù)大氣模型常數(shù)。對上式進(jìn)行積分可 得：
[0018]
[0019] 上式中，△ ho和△ γ 〇分別為定義平穩(wěn)滑翔高度增量和彈道傾角增量的初值。上式 中若取Α γ =0，則可求得高度增量的最大值Δ hmax和最小值Δ hmin，從而獲得跳躍滑翔彈道 高度振幅解析解。
[0020] 步驟3:含高度振幅反饋的彈道阻尼控制方法設(shè)計
[0021 ]在獲得高度振幅的解析解之后，下一步的工作則是對高度振幅進(jìn)行精確控制。由 阻尼影響分析可知，當(dāng)ζ〇>_〇.028時，高度振幅隨時間逐漸減??；當(dāng)ζ〇<_0.028時，高度振幅 隨時間逐漸增大;當(dāng)ζ^-〇.028時，高度振幅幾乎不變。因此，可構(gòu)造如下反饋：
[0022] ζ〇 = -0.028+^( Ahmin|-Aneed)
[0023] 上式中，ζ。為由高度振幅反饋獲得的滑翔彈道阻尼;Aneed為期望高度振幅；I Ah_| 為實際預(yù)測振幅;kh為高度相關(guān)常數(shù)，單位為πΓ1。為了防止振幅劇烈變化，同時避免過阻尼， 還需將上獲得的阻尼進(jìn)行限幅，當(dāng)ζ。大于0.8時，取(。=0.8;當(dāng)ζ。小于-1時，取將上 帶入改進(jìn)彈道阻尼控制方法后可得高度振幅反饋的彈道阻尼控制方法如下：
[0024]
[0025] 上式中，為參考縱向升力系數(shù)分量;CL1為縱向升力系數(shù)分量;Kref為由參考攻 角和參考傾側(cè)角決定的縱向升阻比。
[0026] 步驟4:平穩(wěn)滑翔參考攻角和傾側(cè)角設(shè)計
[0027] 為了使得再入滑翔彈道滿足再入過程約束與終端約束，首先需要設(shè)計平穩(wěn)滑翔所 需的參考攻角曲線和傾側(cè)角曲線(W;參考攻角曲線的設(shè)計原則是既能滿足飛行任務(wù)所 需的射程覆蓋范圍，又留有啟動準(zhǔn)自然頻率跳躍滑翔所需的攻角調(diào)整余量;在獲得參考攻 角曲線a rrf后，利用平衡滑翔條件獲得的傾側(cè)角走廊的上邊界（由最大熱流密度約束、最大 動壓約束和最大過載約束決定），只要所選擇的參考傾側(cè)角曲線位于上述走廊內(nèi)，則所獲得 的滑翔彈道滿足過程約束;調(diào)整參考傾側(cè)角絕對值的大小可改變再入滑翔飛行距離，而調(diào) 整傾側(cè)角的反轉(zhuǎn)點〖。 1和^2則可使得滑翔彈道滿足終端經(jīng)煒度約束。
[0028] 步驟5:準(zhǔn)自然頻率跳躍滑翔模態(tài)切換方案設(shè)計
[0029] 當(dāng)飛行器遭遇圖5所示的不可從頂上越過、且無法側(cè)向繞飛的禁飛區(qū)時，需要采用 準(zhǔn)自然頻率跳躍滑翔進(jìn)行機(jī)動突防;若滑翔彈道與禁飛區(qū)中心的距離S radlus小于禁飛區(qū)半 徑Rncifly，且飛行器與禁飛區(qū)邊界的距離Sdlst小于臨界距離S lim，則需切換到準(zhǔn)自然頻率跳躍 滑翔模態(tài)。此時，跳躍滑翔參考攻角為平穩(wěn)滑翔參考攻角曲線的基礎(chǔ)上額外增加 Δα，該 A α為啟動準(zhǔn)自然頻率跳躍滑翔的攻角增量，由期望高度振幅確定。此外，在平穩(wěn)滑翔模態(tài) 下，飛行器的滑翔彈道阻尼取ο. 8，可較好的抑制彈道振蕩；而在準(zhǔn)自然頻率跳躍滑翔模態(tài) 下，飛行器的滑翔彈道阻尼高度振幅反饋確定。
[0030] 通過上述5個步驟，按照圖1給出的流程，最終獲得了本發(fā)明所述的一種平穩(wěn)滑翔/ 準(zhǔn)自然頻率跳躍滑翔組合機(jī)動突防彈道規(guī)劃方法。
[0031] (三)本發(fā)明的優(yōu)點及功效在于：
[0032] (1)根據(jù)給定攻角和傾側(cè)角的平穩(wěn)滑翔高度增量與彈道傾角增量的微分方程，獲 得了解析的再入彈道高度振幅解析表達(dá)式，具有很高的求解精度；
[0033] (2)含高度振幅反饋的彈道阻尼控制方法設(shè)計，實現(xiàn)了對再入彈道高度振幅的精 確控制；
[0034] (3)給出了一種平穩(wěn)滑翔/準(zhǔn)自然頻率跳躍滑翔機(jī)動突防彈道快速規(guī)劃方法，具有 規(guī)劃效率高、控制方法簡單等特點。
【附圖說明】
[0035]圖1本發(fā)明所述方法流程示意圖。
[0036]圖2a是自然振蕩縱向彈道與平穩(wěn)滑翔縱向彈道示意圖。
[0037] 圖2b是自然阻尼振蕩彈道高度增量振幅預(yù)測示意圖。
[0038] 圖3a是含高度振幅反饋的彈道阻尼控制方法獲得的縱向彈道曲線示意圖。
[0039]圖3b是含高度振幅反饋的彈道阻尼控制方法獲得的高度增量曲線示意圖。
[0040] 圖3c是含高度振幅反饋的彈道阻尼控制方法獲得的攻角曲線示意圖。
[0041] 圖3d是含高度振幅反饋的彈道阻尼控制方法獲得的道阻尼曲線示意圖。
[0042]圖4a是不同期望高度振幅下的高度增量曲線示意圖。
[0043]圖4b是不同期望高度振幅下的高度增量曲線局部放大示意圖。
[0044] 圖4c是不同期望高度振幅下的縱向彈道曲線示意圖。
[0045] 圖4d是不同期望高度振幅下的攻角曲線示意圖。
[0046] 圖5是不可從頂上躍過禁飛區(qū)示意圖。
[0047] 圖6是滑翔彈道與禁飛區(qū)關(guān)系示意圖。
[0048] 圖7是平穩(wěn)滑翔/準(zhǔn)自然頻率跳躍滑組合機(jī)動突防彈道縱向彈道曲線示意圖。
[0049] 圖8是平穩(wěn)滑翔/準(zhǔn)自然頻率跳躍滑組合機(jī)動突防彈道橫向彈道曲線示意圖。
[0050] 圖9是平穩(wěn)滑翔/準(zhǔn)自然頻率跳躍滑組合機(jī)動突防彈道速度曲線示意圖。
[0051] 圖10是平穩(wěn)滑翔/準(zhǔn)自然頻率跳躍滑組合機(jī)動突防彈道動