[发明专利]一种考虑地球自转的高精度降阶平稳滑翔动力学建模方法

说明书

本发明公开了一种考虑地球自转的高精度降阶平稳滑翔动力学建模方法，通过选取能量为自变量并引入平稳滑翔条件，建立弹道倾角与纵向升力之间的解析关系，将六组运动方程压缩为方三组方程，不仅可以处理耦合的经纬方向的运动，而且通过对向心力与科氏力的技术处理，获得了考虑地球自转的高精度解。此外，本发明将飞行器的运动方程表述为纵向与侧向升阻比的函数，这与以往航天飞行器的再入制导律是一致的，如此可以使基于本发明方法的再入制导律具有更高的鲁棒性并能适用于多种再入情况。

技术领域

本发明属于航空飞行技术领域，特别涉及一种考虑地球自转的高精度降阶平稳滑翔动力学建模方法。

背景技术

航天飞行器跨大气层无动力滑翔飞行的过程十分复杂，在线轨迹规划是提高制导系统自适应性的有效途径，但是由于各种近地扰动和飞行环境参数的不确定性，要求再入制导方法具有较高精度和自适应性。一般在线轨迹规划过程中，由于传统的降阶模型不能用于地球自转无法忽略的情况，但是受复杂而严重的动力学环境影响，传统的降阶动力学模型已无法满足再入制导律鲁棒性和自适应性的需求，例如分析不同的初始射向对仿真结果的影响，特别是对于初始射向东西对称的情况。因此，需要推导更适宜于航天飞行器轨迹规划的动力学方程以提高轨迹规划效率。

发明内容

针对需要解决的问题，本发明提出一种考虑地球自转的高精度降阶平稳滑翔动力学建模方法，该方法不仅可以处理耦合的经纬方向的运动，而且通过对向心力与科氏力的技术处理，获得了考虑地球自转的高精度解。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：一种考虑地球自转的高精度降阶平稳滑翔动力学建模方法，具体步骤如下：

一种考虑地球自转的高精度降阶平稳滑翔动力学建模方法，具体步骤如下：

步骤一，基于圆球假设条件，并考虑地球自转，获得无动力滑翔飞行器的三自由度运动方程：

其中，ω_e表示地球自转角速度，r表示为飞行器质心到地球圆心的地心距离，θ和φ分别表示经度和纬度，v表示飞行器相对于地球的速度，γ表示为飞行器相对于地球速度矢量与当地水平面的夹角，称之为弹道倾角，ψ表示为飞

行器相对于地球速度矢量在当地水平面的投影与正北方向的夹角，并以顺时针旋转为正，称之为航向角；m表示飞行器的质量；g＝μ/r²表示为飞行器所受的重力加速度，其中，μ＝3.9860047×10¹⁴m³/s²是地球引力常数；σ表示飞行器沿速度方向旋转的角度，称之为倾侧角；L和D分别表示飞行器所承受的升力和阻力；

步骤二，在平稳滑翔段，定义弹道倾角γ及弹道倾角相对时间的导数恒为零值，代入所述无动力滑翔飞行器的三自由度运动方程，得：

通过仔细分析向心力与科氏力2ω_esinψcosφ的量级，引入零阶项2ω_esinψcosφcosγ-2ω_esinψcosφcosγ＝0并忽略小量，可以得到

引入能量E取代时间作为自变量，其中代入上式整理得到cosγ与纵向升力L的解析关系:

其中，

步骤三，对上式两侧求导，获得能量E对时间的导数，从而在地球自转条件下，将总升阻比和纵向升阻比与经纬度、航向角建立联系，得到以能量E为自变量的降阶动力学方程：