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高超声速飞行器末端制导律研究

作　者: 刘德成
导　师: 荆武兴
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 高超声速末端制导预测制导虚位移制导
分类号: V448.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

高超声速飞行器的开发,是21世纪世界航空航天事业发展的一个主要方向,将给世界军事带来重大变革,形成空天对抗新的焦点。本文研究的高超声速飞行器是指有良好气动外形、采用高性能动力系统、飞行马赫数达到5以上的飞行器。本文研究的主要内容包括:首先,对于高超声速飞行器关键技术进行了初步分析和研究,包括高超声速飞行器的气动布局、发动机、操控方案和控制方式等等,根据高超声速飞行器的特点选择了相应合适的方案。然后,在建立了高超声速飞行器的动力学与运动学模型的基础上,针对当前标准轨道制导无法满足机动突防要求,而其它预测制导计算量大的情况,将一种称为虚位移制导的预测制导方法应用于高超声速飞行器的末端制导。该预测制导法分两个过程:预报落点位置和最优横向力搜索。采用解析计算的形式预测弹头落点,利用非线性最小二乘方法搜索最优横向力,从而获得制导指令。文中详细阐述了该制导律的设计过程,给出了制导指令,并对该制导律的性能进行了仿真分析,验证了该制导律的可行性。最后,对虚位移制导律在高超声速飞行器末端段制导中的应用进行了数值仿真分析。多次数值打靶仿真表明,提出的预测制导方法对高超声速飞行器末端制导初始条件误差以及导航误差影响具有较强的鲁棒性。通过建立虚拟目标点进行机动的方式,进行了再入突防弹道仿真,结果表明高超声速飞行器在末端机动完成后仍能以较高精度击中目标。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-19
  1.1 课题研究的目的及意义  8-9
  1.2 高超声速飞行器的研究概况  9-14
    1.2.1 国外研究概况  9-13
    1.2.2 国内高超声速技术发展现状  13-14
  1.3 再入制导概述  14-18
    1.3.1 标准轨道法  14-16
    1.3.2 预测制导法  16-18
  1.4 本文主要内容  18-19
第2章高超声速飞行器关键技术分析  19-27
  2.1 气动布局分析  19-23
    2.1.1 锥形体  19-20
    2.1.2 翼身组合体  20-21
    2.1.3 升力体  21
    2.1.4 乘波体  21-23
  2.2 发动机  23-24
  2.3 操控方案  24-25
    2.3.1 气动舵控制  24
    2.3.2 侧喷控制  24-25
    2.3.3 复合控制  25
  2.4 控制方式  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章高超声速飞行器数学模型的建立  27-38
  3.1 引言  27
  3.2 坐标系定义  27
  3.3 转换矩阵  27-28
  3.4 高超声速飞行器数学模型的建立  28-37
    3.4.1 导弹质心运动的动力学方程  28-34
    3.4.2 导弹质心运动的运动学方程  34-35
    3.4.3 附加方程  35-37
  3.5 本章小结  37-38
第4章基于虚位移概念的最优制导律  38-50
  4.1 引言  38
  4.2 基于虚位移概念的制导律设计  38-44
    4.2.1 弹道落点的解析法预报  39-41
    4.2.2 最优横向力方向搜索  41-44
  4.3 制导指令的生成  44-45
  4.4 制导性能分析  45-49
    4.4.1 弹道落点预报精度  45-47
    4.4.2 最优横向力计算效率  47-49
  4.5 本章小结  49-50
第5章虚位移制导律在高超声速飞行器末端制导中的应用仿真分析  50-56
  5.1 引言  50
  5.2 末端制导算例仿真  50-53
    5.2.1 不同初始条件的落点散布  52
    5.2.2 针对导航误差的蒙特卡洛打靶  52-53
  5.3 末端机动弹道设计与仿真分析  53-55
  5.4 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-60
攻读学位期间发表的学术论文  60-62
致谢  62

高超声速飞行器末端制导律研究

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