[发明专利]在高度速度剖面内直接规划再入轨迹的方法

权利要求书

1.一种在高度速度剖面内直接规划再入轨迹的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、提取飞行器实际工作参数，根据任务需求设置驻点热流最大值动压最大值q_max和过载最大值n_max，求解再入轨迹的高度速度边界，即再入轨迹在高度速度剖面内的下边界；

S2、根据再入运动微分方程，求解初始下降段的再入轨迹，并根据初始下降段轨迹确定滑翔段轨迹起点；

S3、在高度速度剖面内的下边界的基础上，规划满足终端约束的高度速度剖面内的轨迹，计算对应的倾斜角，得到再入轨迹；

步骤S2中，具体包括以下步骤：

S21、根据以下再入运动微分方程，求解初始下降段的飞行状态量并在高度速度剖面内绘制初始下降段的再入轨迹；

其中，r表示地心距，θ表示经度，φ表示纬度，V表示速度，γ表示飞行路径角，ψ表示航向角；m表示飞行器质量，g表示重力加速度，L表示升力，D表示阻力，σ表示倾斜角；

S22、根据公式确定初始下降段轨迹的终点，即滑翔段轨迹的起点，其中，δ为根据任务需求选取的小量；

步骤S3中，具体包括以下步骤：

S31、设定高度增量的两个初值Δh₁(V)和Δh₂(V)，其中Δh(V)的形式不唯一，但必须保证其值始终大于零，且通过Δh(V)与下边界求和后，所得轨迹的两个端点位于滑翔段起点以及终端高度速度约束所确定的点；

S32、根据以下公式求出不同速度条件对应的高度值

h(V)＝h_min(V)+Δh(V)；

S33、根据公式

求取对应的飞行路径角；

S34、根据公式

求取对应的倾斜角；

S35、使用倾斜角反转策略，通过改变倾斜角的正负值来满足横向轨迹控制要求；

S36、根据公式

S＝cos^-1(sinφsinφ_T+cosφcosφ_T cos(θ-θ_T))×R₀

计算本轮设计末端点与滑翔段起点间的航程S；其中，φ_T表示目标点纬度，θ_T表示目标点经度，R₀表示地球半径；

S37、判断当前轨迹是否满足误差要求，若不满足，根据以下公式更新高度增量Δh；

其中，下标n(n＞2)表示第n次计算所得结果，S_if表示滑翔段起点与目标点间的待飞航程；

S38、反复执行步骤S32至S36，直至满足误差要求。

2.根据权利要求1所述的在高度速度剖面内直接规划再入轨迹的方法，其特征在于，步骤S1中，具体包括以下步骤：

S11、提取飞行器实际工作参数，根据任务需求设置驻点热流最大值动压最大值q_max和过载最大值n_max；

S12、根据驻点热流最大值动压最大值q_max和过载最大值n_max计算再入轨迹的过程约束；

S13、在高度速度剖面内绘制再入轨迹的过程约束，得到再入轨迹的高度速度边界，即再入轨迹下边界h_min(V)。

3.根据权利要求2所述的在高度速度剖面内直接规划再入轨迹的方法，其特征在于，步骤S12中，具体包括以下步骤：

根据驻点热流最大值动压最大值q_max和过载最大值n_max计算再入轨迹的过程约束，具体表达式如下：

根据以下公式求解当驻点热流达到最大值时对应的飞行速度V_Q和地心距r_Q；

其中，k_Q表示飞行器参数，ρ表示大气密度；

根据以下公式求解当动压达到最大值时对应的飞行速度V_q和地心距r_q；

根据以下公式求解当过载达到最大值时对应的飞行速度V_n和地心距r_n；

其中，L表示升力，D表示阻力；

经过上述计算可以求得包括驻点热流约束、动压约束以及过载约束在内的再入轨迹过程约束。