本文關(guān)鍵詞：航天器返回再入飛行軌跡優(yōu)化及制導控制

  更多相關(guān)文章： 航天器軌跡優(yōu)化 離軌控制 返回再入 再入終跡圈 制導控制

【摘要】：本論文研究航天器從原運行軌道飛行到地面的返回再入問題,就航天器脫離原軌道機動、最優(yōu)返回軌道設(shè)計及航天器再入終跡圈等問題進行了一系列研究工作。航天器返回軌道設(shè)計主要包括兩個階段:離軌段和再入段。返回軌道優(yōu)化為防熱、結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)和動力系統(tǒng)設(shè)計以及慣導解算提供彈道參數(shù),同時也為地面測控、回收等提供信息支持。論文在航天器返回第一階段離軌段,為了準確到達再入點,并滿足相應(yīng)的再入接口條件,針對航天器離軌制動問題,通過選擇發(fā)動機變軌時刻,以及發(fā)動機離軌過程中工作時間最短來達到燃料消耗量最小的優(yōu)化指標,采用高斯偽譜法對離軌飛行軌跡進行優(yōu)化設(shè)計。針對發(fā)動機的推力隨機輸出誤差、制動與過渡段飛行過程中的各種約束條件,設(shè)計一種三維小推力矢量控制方案。在航天器返回再入第二階段再入段,針對10.8km/s的再入速度,在滿足航天器氣動加熱率,過載等約束條件及航天器的總體特性要求下,對不同再入軌跡優(yōu)化方案進行了比較分析。航天器再入終跡圈是航天器最大航程的體現(xiàn),研究不同再入初始條件下的終跡圈以及隨機風場下的再入動態(tài)終跡圈可用于準確預(yù)測航天器著陸范圍。真實環(huán)境下的航天器再入飛行過程存在各種誤差,通過設(shè)計合適的制導控制方案,實現(xiàn)航天器返回再入著陸在指定地點,通過最優(yōu)性能軌道的設(shè)計及控制,減少航天器的損耗及燃料消耗,達到確保安全的同時降低經(jīng)濟成本并滿足各種技術(shù)指標。本文的研究工作可為航天器的安全返回提供理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：航天器軌跡優(yōu)化 離軌控制 返回再入 再入終跡圈 制導控制
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V448
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注釋表12-14
• 縮略詞14-15
• 第一章 緒論15-19
• 1.1 引言15-16
• 1.1.1 課題意義16
• 1.1.2 研究目的16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 本文主要研究工作17-19
• 第二章 航天器返回再入軌跡數(shù)學模型19-30
• 2.1 航天器返回描述19-23
• 2.1.1 航天器返回過程19
• 2.1.2 返回式航天器分類19-20
• 2.1.3 航天器返回軌道20-21
• 2.1.4 真實環(huán)境中航天器返回總體思路21-23
• 2.2 航天器返回再入軌跡數(shù)學模型描述23-28
• 2.2.1 需用坐標系23
• 2.2.2 各坐標間轉(zhuǎn)換23-26
• 2.2.3 航天器返回再入數(shù)學模型26-28
• 2.3 基本參數(shù)模型及約束28-29
• 2.3.1 航天器的氣動力模型28
• 2.3.2 大氣參數(shù)模型及約束28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 航天器返回軌跡優(yōu)化算法及設(shè)計分析30-40
• 3.1 航天器軌跡優(yōu)化算法介紹30
• 3.2 高斯偽譜法30-33
• 3.2.1 基本原理30-31
• 3.2.2 數(shù)值近似31-33
• 3.3 再入速度為 10.8 公里/秒的最優(yōu)再入飛行軌跡研究33-39
• 3.3.1 性能指標函數(shù)33
• 3.3.2 最優(yōu)返回再入飛行軌跡設(shè)計方案33
• 3.3.3 過程及終端約束33-34
• 3.3.4 Gauss偽譜法用于再入最優(yōu)軌跡控制問題的描述34-35
• 3.3.5 再入軌跡優(yōu)化飛行仿真35-38
• 3.3.6 最優(yōu)再入軌跡優(yōu)化方案分析38-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第四章 航天器離軌軌跡最優(yōu)化設(shè)計及制導控制40-51
• 4.1 航天器離軌軌跡規(guī)劃及制導的問題描述40-41
• 4.2 離軌軌跡最優(yōu)規(guī)劃設(shè)計41-46
• 4.2.1 初略選擇適當?shù)碾x軌點時間41-42
• 4.2.2 設(shè)計制動控制優(yōu)化方案42
• 4.2.3 離軌段軌跡規(guī)劃算法42-43
• 4.2.4 離軌軌跡最優(yōu)規(guī)劃的飛行數(shù)值仿真43-46
• 4.3 離軌制動制導律優(yōu)化設(shè)計46-49
• 4.3.1 制導方案設(shè)計46-47
• 4.3.2 仿真結(jié)果與分析47-49
• 4.4 本章小結(jié)49-51
• 第五章 航天器再入終跡圈的研究51-63
• 5.1 航天器再入動態(tài)終跡圈描述51-53
• 5.1.1 航天器再入動態(tài)終跡圈定義51-52
• 5.1.2 再入動態(tài)終跡圈的數(shù)值算法52-53
• 5.2 隨機風場下的再入動態(tài)終跡圈數(shù)值仿真結(jié)果53-57
• 5.2.1 數(shù)值仿真結(jié)果53-56
• 5.2.2 數(shù)值計算仿真結(jié)果分析56-57
• 5.3 航天器再入角和再入速度對再入終跡圈的影響分析57-62
• 5.3.1 數(shù)值仿真結(jié)果57-61
• 5.3.2 仿真結(jié)果分析61-62
• 5.4 本章小結(jié)62-63
• 第六章 航天器再入段制導控制63-78
• 6.1 引言63
• 6.2 真實環(huán)境中航天器返回再入最優(yōu)制導控制63-71
• 6.2.1 問題的提出與描述63-64
• 6.2.2 最優(yōu)化設(shè)計控制方案64-67
• 6.2.3 返回再入制導控制方案的可行性67-71
• 6.3 基準預(yù)測校正制導算法設(shè)計及性能分析71-77
• 6.3.1 控制的基本方程71-72
• 6.3.2 基準預(yù)測校正制導算法72-74
• 6.3.3 制導算法性能分析74-77
• 6.4 本章小結(jié)77-78
• 第七章 總結(jié)與展望78-80
• 7.1 論文內(nèi)容總結(jié)78-79
• 7.2 論文進一步研究方向79-80
• 參考文獻80-83
• 致謝83-84
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文84

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 盧波;;國外深空探測再入返回技術(shù)發(fā)展分析[J];國際太空;2014年11期

2 胡海龍;南英;聞新;;基于遺傳算法的航天器再入動態(tài)終跡圈研究[J];中國空間科學技術(shù);2014年01期

3 鄒毅;張洪波;湯國建;王濤;;RLV離軌制動耗盡關(guān)機制導方法研究[J];固體火箭技術(shù);2013年05期

4 胡海龍;南英;;氣動特性對航天器再入終跡圈的影響研究[J];飛行力學;2013年06期

5 黃國強;陸宇平;南英;;飛行器軌跡優(yōu)化數(shù)值算法綜述[J];中國科學:技術(shù)科學;2012年09期

6 姚寅偉;李華濱;;基于Gauss偽譜法的高超聲速飛行器多約束三維再入軌跡優(yōu)化[J];航天控制;2012年02期

7 孫國慶;楊大光;;再入航天器返回過程簡介[J];科技創(chuàng)新導報;2011年18期

8 雍恩米;陳磊;唐國金;;飛行器軌跡優(yōu)化數(shù)值方法綜述[J];宇航學報;2008年02期

9 陳今求;李新國;;混合遺傳算法求解高超音速飛行器彈道優(yōu)化[J];計算機仿真;2008年01期

10 魏晨曦;載人航天器的再入與回收[J];航天返回與遙感;1997年03期

，

本文編號：572121