RLV末端能量管理段轨迹实时生成算法研究

采用类似于航天飞机的末端能量管理段飞行轨迹结构,将可重复使用空间飞行器(RLV)飞行轨迹分为搜索飞行、航向校正以及预着陆飞行三段进行待飞距预测,并利用三次多项式表示飞行器高度-待飞距剖面。通过调节航向校正锥位置和半径的方法调整待飞距,提出了RLV末端能量管理段飞行轨迹的实时生成算法。该算法考虑了整个末端能量管理飞行阶段的轨迹约束,给定末端能量管理段的起始条件,能实时筛选并生成一条满足要求的参考轨迹线。计算结果验证了该方法的合理性。     

末端区域4D导引的水平轨迹计算方法

末端区域４Ｄ导引首先生成轨迹，然后生成沿该轨迹飞行的高度剖面，合理的速度剖面，最后生成自动引导飞机在规定时间着陆的４Ｄ导引指令。现简要讨论末端区域４Ｄ导引理论，主要推导了生成末端区域４Ｄ导引的首要算法－－水平飞行轨迹的计算方法。数值仿真结果表明，该方法只输入少量的航路点坐标数据和限制参数，就能计算出沿直线和曲线飞行的水平轨迹。     

根据飞行试验数据评定小型自动着陆试验实验机气动特性

小型自动着陆试验的主要目的是：确立可返回式无人驾驶有翼航天飞机自动着陆导航，制导和控制的技术；根据飞行试验评定有翼尖小翼的三角翼飞机的低速空气动力特性；根据小型相似模型评价、确定飞行试验技术。为此从１９９６年１０月到１９９７年８月共进行了国内悬吊飞行试验、澳洲悬吊飞行试验和澳洲自动着陆飞行试验等３阶段的飞行试验。本文是低速空气动力特性评定报告。为了根据飞行试验评价判定的特性，本文先介绍小型自动着陆     

基于单参数迭代的TAEM在线轨迹生成方法

针对大升力体轨道再入飞行器末端能量管理（TAEM）段制导控制能力强、末端约束不惟一的问题，将TAEM段分为动压跟踪和着陆预备2个阶段，设计了不同的纵向轨迹剖面，从而将TAEM段在线轨迹生成问题转化为单参数搜索问题。第1阶段设计标称动压剖面为纵向参考轨迹，使得飞行器过程约束得到保证。第2阶段纵向剖面设计为标称高度剖面，从而使得末端点高度和倾角约束得到保证。根据末端动压误差设计修正律，迭代修正第一阶段动压剖面，从而使得最终的纵向轨迹满足所有的状态约束。在线轨迹递推采用以时间为自变量的数值积分，递推过程引入闭环制导律，通过实时修正攻角跟踪纵向剖面，修正倾侧角跟踪地面轨迹，从而保证在线生成的轨迹符合物理特性，降低闭环制导难度。在考虑初期再入末端大范围状态散布情况下，数值仿真显示了所提算法的鲁棒性。     

小型自动着陆试验机的导航,制导和控制

导航，制导和控制是日本确定可返回收式航天飞机自动着陆技术的小型自动着陆试验机中的重要的部分，本文重点讨述导航，制导和控制系统的开发及设计的要点，飞行试验的结果，及试验过程中的经验教训。小型自动着陆试验机是从１９９４年４月正式开始基本设计。     

总能量控制在RLV自动着陆中的应用

为了解除重复使用运载器(RLV)自动着陆段飞行速度和航迹之间的非线性耦合,设计了基于总能量原理的纵向飞行控制律。该原理的核心思想是通过RLV的阻力板改变阻力来控制总能量,用升降舵调节总能量的分配,通过协调阻力板和升降舵指令,达到合理调节和分配能量的目的,确保控制系统具有良好的非线性解耦控制能力和较强的鲁棒性。仿真结果表明,基于总能量的飞行控制系统,实现了RLV自动着陆段高度和速度的解耦控制,满足不确定条件下RLV自动着陆的要求。     

RLV双层迭代末端能量管理段轨迹设计方法

针对可重复使用运载器末端能量管理段初始状态存在大范围摄动问题，提出一种双层迭代末端能量管理段轨迹设计方法。首先，将地面轨迹设计问题简化为求两直线公切圆问题，仅需改变单一参数即可大范围调节航程，得到可行地面轨迹；针对纵向平面，提出双层迭代轨迹设计算法，内层迭代剖面参数保证飞行器满足末端状态约束，外层迭代地面轨迹参数改变航程。然后，提出了制导方法和双层迭代校正算法，并开展了仿真计算及分析。研究结果表明，在初始状态存在大范围散布情况下，所提算法均可得到满足需求的地面轨迹和纵向剖面参数，保证飞行器顺利到达自动着陆窗口，末端状态误差较小，具备较强的鲁棒性。     

亚轨道飞行器航程控制的末端能量管理方法

提出一种针对小能量亚轨道飞行器在无动力返回末端区域的多参数耦合、能量航向分离控制、动势能匹配衰减的精确控制的末端能量管理方法。以动能、势能作为约束条件,以航程作为优化指标,采用能量控制方法实时生成能量剖面,根据飞行器名义能量/航程在能量剖面中的位置确定迎角,最终生成三个姿态角。仿真结果表明用这种方法得到了良好的制导结果。     

大型民机进近着陆段异常能量风险判据研究

根据大型民机事故统计，进近着陆阶段事故率最高，而其中大部分事故首先表现出异常能量状态，并演变成失控、重着陆、擦尾、冲出跑道等事故类型，或者呈现复飞失败。在归纳上述五类终端事故类型作为重点关注对象基础上，建立典型大型民机飞行数值仿真平台，使用随机模拟和相关性分析方法研究能量状态参数偏离导致进近着陆风险的影响规律。在此基础上，根据仿真结果给出了由关键能量参数确定的能量状态安全边界，可建立不同风场条件及可能的复飞油门下由空速-下滑角参数构成的异常能量预警判据，对于异常能量导致的进近着陆风险预警具有准确性和非保守性。研究结果可为大型民机进近着陆过程的风险预警以及相关飞行控制功能设计提供方法基础。     

组合导航技术在可重复使用运载器再入段的应用研究

结合国内外可重复使用运载器的发展现状及各导航方法的特点,根据飞行器再入飞行段动力学方程,建立再入段飞行轨道并提出适用于再入飞行其各段的导航方法。对再入飞行中的末端能量管理段进行全面研究,设计并进行INS和INS/SAR导航滤波计算机仿真,并对仿真结果进行了误差分析。     

亚轨道飞行器能量管理段轨迹设计

亚轨道飞行器（SRLV）通过跟踪特定的轨迹来实现对能量的控制与管理,轨迹设计是能量管理的一项关键技术。深入研究了亚轨道飞行器能量管理段（TAEM）轨迹的设计思想、准则和流程;提出了一种基于待飞距离规划动压剖面的轨迹设计方法,通过调整航向调整段的动压剖面,保证飞行器以亚声速状态进入航向调整段,避免飞行器转弯超调;提出了采用顺风作为轨迹设计的缺省状态,保证飞行器在严重的逆风状态下仍然可以满足着陆窗口约束;通过具体算例进行仿真分析,验证了设计方法的有效性。     

可重复使用运载器预测-校正再入制导研究

研究了可重复使用运载器的预测-校正再入制导方案。通过对运动方程积分预测飞行器在能量管理段界面处的终端状态,实时调整迎角和倾侧角方案,以使终端状态误差满足要求。对预测-校正算法的实时性问题进行了分析,并给出了解决方案。仿真结果表明,对于不同的初始再入条件,制导方案都可以将飞行器导引到能量管理段界面。     

A guidance law for UAV autonomous aerial refueling based on the iterative computation method

The rendezvous and formation problem is a significant part for the unmanned aerial vehicle（UAV） autonomous aerial refueling（AAR） technique. It can be divided into two major phases： the long-range guidance phase and the formation phase. In this paper, an iterative computation guidance law（ICGL） is proposed to compute a series of state variables to get the solution of a control variable for a UAV conducting rendezvous with a tanker in AAR. The proposed method can make the control variable converge to zero when the tanker and the UAV receiver come to a formation flight eventually. For the long-range guidance phase, the ICGL divides it into two sub-phases： the correction sub-phase and the guidance sub-phase. The two sub-phases share the same iterative process. As for the formation phase, a velocity coordinate system is created by which control accelerations are designed to make the speed of the UAV consistent with that of the tanker.The simulation results demonstrate that the proposed ICGL is effective and robust against wind disturbance.     

亚轨道飞行器着陆段控制系统研究

亚轨道飞行器的着陆轨迹分四段给出。根据航迹倾角的变化律及动压变化得出迎角的变化律,并以此作为制导律。控制系统的纵向系统采用比例积分控制的自动驾驶仪,通过操纵升降舵控制迎角变化实现。侧向控制系统通过操纵方向舵和副翼来确保系统稳定。最后,在Matlab/Simulink中对亚轨道飞行器控制系统进行了系统仿真。仿真结果表明,该系统可以满足亚轨道飞行器进场着陆段的要求,具有良好的控制效果。     

基于滑模控制的末端能量管理方法

简要介绍了末端能量管理的研究情况,然后对末端能量管理段进行轨迹规划。在轨迹规划的基础上,设计基于滑模变结构控制的制导律,对轨迹进行跟踪,对能量进行管理。仿真结果表明,滑模变结构控制在末端能量管理制导中合理、有效,具有很强的鲁棒性。     

Approach and landing guidance design for reusable launch vehicle using multiple sliding surfaces technique

An autonomous approach and landing (A&L) guidance law is presented in this paper for landing an unpowered reusable launch vehicle (RLV) at the designated runway touchdown.Considering the full nonlinear point-mass dynamics,a guidance scheme is developed in threedimensional space.In order to guarantee a successful A&L movement,the multiple sliding surfaces guidance (MSSG) technique is applied to derive the closed-loop guidance law,which stems from higher order sliding mode control theory and has advantage in the finite time reaching property.The global stability of the proposed guidance approach is proved by the Lyapunov-based method.The designed guidance law can generate new trajectories on-line without any specific requirement on off-line analysis except for the information on the boundary conditions of the A&L phase and instantaneous states of the RLV.Therefore,the designed guidance law is flexible enough to target different touchdown points on the runway and is capable of dealing with large initial condition errors resulted from the previous flight phase.Finally,simulation results show the effectiveness of the proposed guidance law in different scenarios.     

Modified rolling guidance law for single moving mass controlled reentry vehicle against maneuvering target with impact angle constraints

This paper deals with the problem of guidance law design for the single moving mass controlled reentry vehicle when impact angle constraints and maneuvering target are taken into consideration. More specifically, a modified rolling guidance law is proposed with the interactive virtual target and the landing point prediction strategy. First, considering the fact that the roll channel can be controlled directly, the relative motion between the single moving mass controlled reentry vehicle and the ...