[发明专利]吸气式高超声速飞行器巡航导弹的弹道设计方法及系统

说明书

本发明公开了一种吸气式高超声速飞行器巡航导弹的弹道设计方法及系统，涉及导弹制导技术领域，该方法包括基于飞行器发动机的性能，在发动机工作窗口内，对飞行器的马赫数、高度和质量，按照预设密度进行等间距采样，得到采样数据；并根据采样数据中，马赫数和质量固定时，不同高度对应的燃料每秒消耗量，将最小燃料每秒消耗量对应的高度记为最优巡航高度，得到最优巡航高度集合；设定巡航马赫数随时间的变化规律、巡航马赫数随飞行器质量的变化规律、飞行器初始马赫数、飞行器初始高度和初始弹道倾角，作为仿真条件；基于设定的仿真条件进行弹道仿真计算，得到巡航导弹射程的最优巡航弹道。本发明得到的弹道射程较优。

技术领域

本发明涉及导弹制导技术领域，具体涉及一种吸气式高超声速飞行器巡航导弹的弹道设计方法及系统。

背景技术

吸气式高超声速飞行器是采用冲压发动机为动力，在特定工作窗口内巡航飞行的一种新动力形式的飞行器，其在军事上的应用也是未来导弹发展方向之一，其在高超声速飞行器上的应用也是未来航空技术发展的主要方向之一。当前，世界上的主要航天军事强国都在全力开展相关研究。

由于现有技术手段限制，导致飞行器存在尺寸较小、空间有限、携带燃料不足等问题，使得飞行器的巡航导弹射程不足以支持军事应用的战略需求，因此需要采取特定的巡航弹道设计方法，使导弹射程最大化。现有巡航弹道设计方法中，通常采取等高平飞策略，满足升重平衡和推阻平衡，但是由于巡航导弹设计空间小，其射程提高有限，很难进行较大的提升。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种吸气式高超声速飞行器巡航导弹的弹道设计方法及系统，得到的弹道射程较优。

为达到以上目的，本发明提供的一种吸气式高超声速飞行器巡航导弹的弹道设计方法，包括以下步骤：

基于飞行器发动机的性能，在发动机工作窗口内，对飞行器的马赫数、高度和质量，按照预设密度进行等间距采样，得到采样数据；

基于采样数据计算飞行器巡航状态下的燃料每秒消耗量，并根据采样数据中，马赫数和质量固定时，不同高度对应的燃料每秒消耗量，将最小燃料每秒消耗量对应的高度记为最优巡航高度，得到最优巡航高度集合；

设定巡航马赫数随时间的变化规律、巡航马赫数随飞行器质量的变化规律、飞行器初始马赫数、飞行器初始高度和初始弹道倾角，作为仿真条件；

基于设定的仿真条件进行弹道仿真计算，得到巡航导弹射程的最优巡航弹道。

在上述技术方案的基础上，

所述发动机的性能包括工作窗口、推力和比冲；

所述工作窗口满足以下公式：

{(H,Ma)|Ma∈[Ma_min,Ma_max],H∈[H_min(Ma),H_max(Ma)]}

其中，H为高度，Ma为马赫数，min表示最小值，max表示最大值；

所述推力满足以下公式：

其中，P表示推力，I_sp表示比冲，φ表示发动机油门大小，表示燃料每秒消耗量，α表示飞行器攻角。

在上述技术方案的基础上，所述基于采样数据计算飞行器巡航状态下的燃料每秒消耗量，具体步骤包括：

在发动机的工作窗口内，确定飞行器等高平飞巡航状态下满足的升重平衡条件和推阻平衡条件，所述升重平衡条件和推阻平衡条件满足以下公式：

然后求解得到：