[发明专利]一种亚轨道飞行器再入飞行过程中的横向调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及制导控制技术领域，特别是涉及一种亚轨道飞行器再入飞行过程中的横向调整方法。

背景技术

亚轨道飞行器作为航空与航天有机结合的产物，具备既能够提供地区覆盖、又有利于应急投送和快速反应的应用优势，其活动区域——近空间处于既可威胁航天器，又可制约航空活动的敏感区域，已成为航空航天研究领域的新热点和战略高技术的增长点。

飞行器再入飞行是指航天器或航空器从地球大气层外或边缘重新进入地球大气层内部直至着陆的飞行过程。

亚轨道飞行器的再入飞行过程与航天飞机的再入飞行既有相似之处又有不同特性，相似处在于：都进行跨大气层的再入飞行，再入的飞行动力学描述也基本一致；不同之处在于：其再入大气过程的特性不同。

亚轨道飞行器的飞行动能(速度3～10Ma)远小于航天飞机再入初期的动能(速度25Ma)，使得亚轨道飞行器不能像航天飞机那样在较高的大气边缘获得足够的升力实现平衡滑翔，导致其再入飞行高度迅速下降。随着高度下降，大气密度急剧上升，造成亚轨道飞行器的过载、热流、动压峰值同时出现(与航天飞机先热流、再过载、最后动压的三段式峰值特性完全不同)。其中，过载特别是法向过载增加的尤为明显。

在飞行器的再入飞行过程中，往往需要飞行器偏离其再入的竖直平面，此时就需要对飞行器的飞行轨迹进行横向调整。飞行器的横向调整能力决定着飞行器再入过程中对地表可覆盖的区域大小。当飞行器的横向调整能力较小时，会引发可执行任务(如探测、侦察)范围受限、无法达到着陆场等一系列问题。

现有技术中，对于以航天飞机为代表的飞行器而言，一般采用调整速度倾侧角的方式实现对飞行器的横向调整。具体为：将升力方向偏离竖直方向，使得水平方向产生力。

发明人在研究过程中发现，现有对飞行器的横向调整的方法，当改变升力方向后，竖直方向的升力分量减少，将使得飞行器更快的下落，导致法向过载增加。但是，由于亚轨道飞行器具有法向过载较大的特性，因此，现有的横向调整方法对于亚轨道飞行器并不适用。

因此，如何能够提高亚轨道飞行器的横向调整能力，解决亚轨道飞行器再入飞行过程中的横向调整问题，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种亚轨道飞行器再入飞行过程中的横向调整方法，能够提高亚轨道飞行器的横向调整能力。

本发明实施例提供一种亚轨道飞行器再入飞行过程中的横向调整方法，包括：

建立飞行器同态预测模型，所述预测模型的初始状态为起始时刻tinit对应的飞行器状态；

利用所述飞行器同态预测模型，预测从起始时刻t_init开始、以预置的初始值α_init为设计攻角α进行再入飞行，达到法向过载N_n大于等于预置的法向过载动平衡的期望中值N_{n_want}的时刻t_{1_α}；其中，所述法向过载动平衡的期望中值N_{n_want}等于亚轨道飞行器的法向过载约束值N_{n_lim it}与预置的法向过载波动限制值ΔN_n的差值；

从i＝1，α₀＝α_init起执行以下步骤：

步骤1：当飞行器再入飞行至t_{i_α}时刻时，获取飞行器再入飞行至t_{i_α}时刻的实际攻角值α_i-1，利用飞行器同态预测模型，预测以飞行器t_{i_α}时刻的飞行状态为所述同态预测模型的初始状态、以为设计攻角α进行再入飞行时，飞行器的第i首个法向过载峰值其中，当i＝1，k_init为攻角下降斜率初始值，k_init≥0；

步骤2：比较所述第i首个法向过载峰值和期望的法向过载动平衡的波动区域[N_{n_want}±ΔN_n]，根据比较结果对设计攻角的下降斜率进行调整，直到所述第i首个法向过载峰值处于所述期望的法向过载动平衡的波动区域[N_{n_want}±ΔN_n]内，并确定此时对应的设计攻角下降斜率k_{_α_i}；