兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (3): 240154-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0154
收稿日期:
2024-03-05
上线日期:
2025-03-26
通讯作者:
基金资助:
NAN Wenjiang, YAN Xunliang*(), YANG Yuxuan, WANG Peichen
Received:
2024-03-05
Online:
2025-03-26
摘要:
针对飞行时间约束下再入滑翔飞行器轨迹规划问题,提出一种基于阻力加速度剖面解析预测校正和倾侧反转点迭代的纵侧向综合调控再入轨迹快速规划方法。该方法将再入轨迹规划问题分为纵向规划与侧向规划。在纵向规划部分,设计与飞行时间一一对应的单参数阻力加速度剖面,并基于时间解析预测对剖面参数进行校正,完成参考剖面设计,同时满足终端高度、速度和飞行时间约束。在侧向规划部分,分析轨迹长度和终端位置调控机理,设计基于双倾侧反转点迭代的侧向规划方法,在满足终端位置约束的同时,通过调整轨迹长度,进而实现飞行时间的有效控制。在此基础上,引入基于时间误差的轨迹迭代修正策略,完成时间可控高精度3自由度再入轨迹生成。最终,以CAV-H再入滑翔为例进行仿真,验证了新方法的有效性、快速性及适应性;与现有时间可控再入轨迹规划方法相比,新方法在计算效率与精度相当情况下,可综合发挥纵侧向的时间调控能力,具有较大的时间可调范围和较少的倾侧反转次数,亦可对时间可调范围与可达域边界进行快速预示。
南汶江, 闫循良, 杨宇轩, 王培臣. 考虑时间约束的纵侧向综合调控再入滑翔轨迹快速规划[J]. 兵工学报, 2025, 46(3): 240154-.
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时间调控方法 | 时间可调范围占比/% |
---|---|
本文方法 | 15.4 |
文献[7]方法 | 13.5 |
文献[10]方法 | 8.5 |
文献[14]方法 | 5.8 |
文献[15]方法 | 5.4 |
文献[16]方法 | 5.0 |
表1 不同方法时间可调范围占比对比
Table 1 Comparison of the proportions of adjustable time range in different methods
时间调控方法 | 时间可调范围占比/% |
---|---|
本文方法 | 15.4 |
文献[7]方法 | 13.5 |
文献[10]方法 | 8.5 |
文献[14]方法 | 5.8 |
文献[15]方法 | 5.4 |
文献[16]方法 | 5.0 |
算例 | λ0/ (°) | ϕ0/ (°) | σ0/ (°) | / (°) | / (°) | /s |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0 | 0 | 50 | 50 | 10 | 1190 |
2 | 0 | 0 | 50 | 50 | 10 | 1390 |
3 | 3 | 0 | 60 | 45 | 45 | 1410 |
4 | 0 | 0 | 50 | 50 | 40 | 1520 |
表2 轨迹规划方法仿真条件设置
Table 2 Simulation conditions for trajectory planning algorithm
算例 | λ0/ (°) | ϕ0/ (°) | σ0/ (°) | / (°) | / (°) | /s |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0 | 0 | 50 | 50 | 10 | 1190 |
2 | 0 | 0 | 50 | 50 | 10 | 1390 |
3 | 3 | 0 | 60 | 45 | 45 | 1410 |
4 | 0 | 0 | 50 | 50 | 40 | 1520 |
算法性能参数 | 算例1 | 算例2 | 算例3 | 算例4 |
---|---|---|---|---|
Δhf/m | 0.7921 | 0.7922 | 0.7923 | 0.8062 |
Δvf/(m·s-1) | 0.1778 | 0.1712 | 0.1839 | 0.1721 |
Δs/m | 254.88 | 142.83 | 454.27 | 318.71 |
Δtf/s | 0.1681 | 0.1382 | 0.1329 | 0.1187 |
计算耗时/s | 1.52 | 1.56 | 1.57 | 1.63 |
表3 不同仿真条件对应的终端误差
Table 3 Terminal errors corresponding to different simulation conditions
算法性能参数 | 算例1 | 算例2 | 算例3 | 算例4 |
---|---|---|---|---|
Δhf/m | 0.7921 | 0.7922 | 0.7923 | 0.8062 |
Δvf/(m·s-1) | 0.1778 | 0.1712 | 0.1839 | 0.1721 |
Δs/m | 254.88 | 142.83 | 454.27 | 318.71 |
Δtf/s | 0.1681 | 0.1382 | 0.1329 | 0.1187 |
计算耗时/s | 1.52 | 1.56 | 1.57 | 1.63 |
不确定参数 | 3σ | 不确定参数 | 3σ |
---|---|---|---|
h0/km | 3 | σ0/(°) | 0.5 |
λ0/(°) | 0.5° | ρ/% | 10 |
ϕ0/(°) | 0.5° | CL/% | 10 |
v0/(m·s-1) | 100 | CD/% | 10 |
θ0/(°) | 0.5° |
表4 初始状态和气动参数扰动设置
Table 4 Perturbation settings of initial state and aerodynamic parameters
不确定参数 | 3σ | 不确定参数 | 3σ |
---|---|---|---|
h0/km | 3 | σ0/(°) | 0.5 |
λ0/(°) | 0.5° | ρ/% | 10 |
ϕ0/(°) | 0.5° | CL/% | 10 |
v0/(m·s-1) | 100 | CD/% | 10 |
θ0/(°) | 0.5° |
终端参数 | Δhf/m | Δvf/(m·s-1) | Δs/m | Δtf/s |
---|---|---|---|---|
平均值 | 0.7946 | 0.1797 | 284.48 | 0.0027 |
标准差 | 0.0153 | 0.0084 | 114.51 | 0.0633 |
表5 蒙特卡洛仿真终端误差
Table 5 Terminal errors of Monte Carlo simulation
终端参数 | Δhf/m | Δvf/(m·s-1) | Δs/m | Δtf/s |
---|---|---|---|---|
平均值 | 0.7946 | 0.1797 | 284.48 | 0.0027 |
标准差 | 0.0153 | 0.0084 | 114.51 | 0.0633 |
算法性能参数 | 本文方法 | 文献[14]方法 |
---|---|---|
Δhf/m | 0.8062 | 3.201 |
Δvf/(m·s-1) | 0.1721 | 0.2960 |
Δs/m | 318.71 | 403.90 |
Δtf/s | 0.1187 | 0.1371 |
轨迹迭代次数 | 3 | |
计算耗时/s | 1.63 | 1.28 |
表6 不同轨迹规划方法的仿真结果对比
Table 6 Comparison of simulated results for different trajectory planning methods
算法性能参数 | 本文方法 | 文献[14]方法 |
---|---|---|
Δhf/m | 0.8062 | 3.201 |
Δvf/(m·s-1) | 0.1721 | 0.2960 |
Δs/m | 318.71 | 403.90 |
Δtf/s | 0.1187 | 0.1371 |
轨迹迭代次数 | 3 | |
计算耗时/s | 1.63 | 1.28 |
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doi: 10.7527/S1000-6893.2018.22565 |
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