本文關(guān)鍵詞：高超聲速飛行器周期巡航軌跡的設(shè)計和優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 高超聲速飛行器 參數(shù)建模 周期巡航 軌跡優(yōu)化 高斯偽譜法 軌跡跟蹤

【摘要】：高超聲速飛行器具有飛行速度快、反應(yīng)時間短、突防能力強等優(yōu)點,無論在軍事還是民用領(lǐng)域,都占據(jù)著越來越重要的地位。為了確保高超聲速飛行器在巡航段完成長遠距離的飛行任務(wù),本文針對高超聲速飛行器動力學(xué)模型,設(shè)計巡航段周期軌跡的優(yōu)化和跟蹤方案。相比于穩(wěn)態(tài)巡航軌跡,周期巡航方案具有燃料更省、設(shè)計靈活、形式多樣等優(yōu)勢。首先基于任務(wù)背景和巡航要求,選擇高超聲速飛行器乘波體外形作為研究對象,采用外形參數(shù)化建模方法,提取飛行器的幾何外形特征,建立飛行器的氣動力模型、俯仰力矩模型和發(fā)動機推力模型,得到完整的高超聲速飛行器縱向動力學(xué)方程,仿真對比分析兩套模型的氣動特性,得出符合周期巡航軌跡的總體參數(shù)特征。接著研究高超聲速飛行器巡航軌跡的優(yōu)化設(shè)計方案。分別描述和設(shè)計穩(wěn)態(tài)巡航軌跡和周期巡航軌跡,將軌跡優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為求解約束條件下的最優(yōu)控制問題,采用高斯偽譜法(GPM)和序列二次規(guī)劃(SQP)算法進行優(yōu)化求解。兩種模型仿真結(jié)果體現(xiàn)出周期軌跡方案的優(yōu)越性,并進一步從巡航高度、任務(wù)規(guī)劃、推進系統(tǒng)等角度對比分析不同因素對飛行軌跡設(shè)計的影響。其次針對高超聲速飛行器巡航軌跡的跟蹤問題,提出一種基于線性二次調(diào)節(jié)器(LQR)方法的縱向軌跡跟蹤控制設(shè)計方法,并在初始偏差、氣動參數(shù)誤差及質(zhì)量變化等多種情況下驗證了高超聲速飛行器跟蹤控制器具有良好的性能。最后對主要的研究成果進行了總結(jié),并給出下一步研究方向的建議。
【關(guān)鍵詞】：高超聲速飛行器 參數(shù)建模 周期巡航 軌跡優(yōu)化 高斯偽譜法 軌跡跟蹤
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V221
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注釋表11-12
• 縮略詞12-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義13-14
• 1.2 高超聲速飛行器的發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀16
• 1.3 軌跡優(yōu)化和制導(dǎo)技術(shù)研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3.1 軌跡優(yōu)化研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.2 制導(dǎo)技術(shù)研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4 本文的主要工作19-21
• 第二章 高超聲速飛行器巡航段模型的建立21-32
• 2.1 引言21-22
• 2.2 高超聲速飛行器經(jīng)典模型22-23
• 2.3 外形參數(shù)化建立模型的方法概述23-27
• 2.3.1 幾何外形參數(shù)建模23-24
• 2.3.2 氣動參數(shù)求解24-26
• 2.3.3 推進系統(tǒng)建立26-27
• 2.4 高超聲速飛行器巡航段模型27
• 2.5 高超聲速飛行器氣動特性仿真27-30
• 2.6 高超聲速飛行器模型分析30-31
• 2.7 本章小結(jié)31-32
• 第三章 高超聲速飛行器巡航段軌跡優(yōu)化32-59
• 3.1 引言32
• 3.2 軌跡優(yōu)化問題描述32-33
• 3.3 軌跡優(yōu)化方案設(shè)計33-36
• 3.3.1 穩(wěn)態(tài)巡航飛行方案設(shè)計33-34
• 3.3.2 周期巡航飛行方案設(shè)計34-36
• 3.4 軌跡優(yōu)化算法選擇36-41
• 3.4.1 偽譜法基本原理37-38
• 3.4.2 NLP問題的求解38-39
• 3.4.3 初值選取和分段約束39-41
• 3.5 軌跡優(yōu)化結(jié)果41-57
• 3.5.1 經(jīng)典模型軌跡優(yōu)化42-47
• 3.5.2 參數(shù)化模型軌跡優(yōu)化47-52
• 3.5.3 改進的周期巡航軌跡52-56
• 3.5.4 結(jié)果分析56-57
• 3.6 本章小結(jié)57-59
• 第四章 高超聲速飛行器巡航段軌跡跟蹤59-71
• 4.1 引言59
• 4.2 巡航段的干擾因素59-60
• 4.3 巡航段軌跡跟蹤設(shè)計方法60-61
• 4.3.1 標準軌道制導(dǎo)60-61
• 4.3.2 預(yù)測軌跡制導(dǎo)61
• 4.4 基于LQR的軌跡跟蹤控制器61-65
• 4.4.1 LQR最優(yōu)控制理論62-63
• 4.4.2 縱向軌跡模型的線性化63
• 4.4.3 基于LQR的縱向軌跡跟蹤63-65
• 4.5 軌跡跟蹤仿真65-70
• 4.5.1 初始偏差跟蹤65-66
• 4.5.2 氣動參數(shù)誤差跟蹤66-67
• 4.5.3 多個周期軌跡的跟蹤67-70
• 4.6 本章小結(jié)70-71
• 第五章 總結(jié)與展望71-73
• 5.1 論文主要研究成果71
• 5.2 進一步研究的建議71-73
• 參考文獻73-77
• 致謝77-78
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文78

，

本文編號：1056680