[发明专利]一种再入飞行器速度-高度再入走廊预测方法

权利要求书

1.一种再入飞行器速度-高度再入走廊预测方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤一：建立再入飞行器的动力学方程；

步骤二：基于过程约束实现对再入走廊下边界的预估；

步骤三：基于再入飞行器运动特性以及过程约束实现再入走廊上边界预估；

步骤四，基于步骤二预估的再入走廊下边界和步骤三预估的再入走廊上边界，获得再入飞行器的速度-高度再入走廊，即通过严格再入走廊得到更精确反映飞行器再入过程的安全包络；

步骤一实现方法为，

建立公式(1)所示的再入飞行器的动力学方程；

其中，v、γ、ψ、r、θ、Φ分别是速度、弹道倾角、弹道偏角、地心距、经度和纬度；σ是倾侧角；ω是地球自转速度；D与L分别是阻力加速度和升力加速度；L和D的计算公式如下：

其中，m是飞行器质量，S_A是飞行器参考面积，C_L与C_D分别为飞行器的升力系数和阻力系数；ρ是大气密度，计算公式如下：

ρ＝ρ₀ exp(-h/h_s) (3)

其中ρ₀为海平面大气密度，h为飞行器所处海拔高度，h_s是计算大气密度的常数；

再入飞行器在飞行过程中主要受到三种过程约束的限制；三种过程约束分别是热流密度约束，过载约束和动压约束；计算公式如下：

其中n、q分别是热流密度、过载、动压；n_max、q_max分别是最大热流密度限制、最大过载限制、最大动压限制；K_Q是热流密度计算常数；

步骤二实现方法为，

再入飞行器再入走廊的下边界由飞行器再入过程中的三种过程约束共同确定；通过对公式(4)所述三种约束的计算公式转化，将约束表达式转化为在约束条件下的高度与速度关系公式，如下式所示：

进而获得如下再入走廊下边界的表达式：

基于公式(6)实现对再入走廊下边界的预估；

步骤三实现方法为，

飞行器在再入的过程中，随着飞行器所处高度的降低，大气密度逐渐升高，导致升力逐渐增大；由于飞行器的大升阻比特性，飞行器会在某一时刻停止下滑而开始拉升高度，也即轨迹弹起；飞行器在弹起轨迹中需要满足公式(4)所述三种过程约束的限制；当飞行器弹起轨迹超出再入走廊下边界时，则最初选定的初始速度-高度点并不安全，最初选定的初始速度-高度点不可作为再入走廊的一部分；再入走廊上边界的速度-高度点需使对应的弹起轨迹与再入走廊下边界恰好相切，也即三种约束均在限定范围之内；定义λ为飞行器到再入走廊下边界的最短距离，则弹起轨迹距离走廊下边界最近时应满足公式(7)

进一步，弹起轨迹与走廊下边界相切时满足公式(8)

利用滑翔再入飞行器的公式(8)把所示的弹起特性以及飞行过程中所受的公式(4)所示过程约束，给出速度-高度再入走廊的上边界预测方法，进而实现对速度-高度再入走廊的上边界预测；

步骤三中所述速度-高度再入走廊的上边界预测方法，包括如下步骤，

步骤3.1：给定初始高度h₀；

步骤3.2：在高度h₀处选取若干速度节点v_i，i＝1,2,…,k，形成一系列的初始速度-高度点Γ_i＝(v_i,h₀)；

步骤3.3：以Γ_i为初始条件，结合动力学方程(1)生成速度-高度轨迹，当满足公式(7)或低于走廊下边界时停止；

步骤3.4：根据公式(8)判断速度-高度轨迹是否与再入走廊下边界相切，若相切，则Γ_i在再入走廊上边界上，否则更换v_i，并重复步骤3.3；

步骤3.5：更换初始高度，重复步骤3.2至3.4，直至飞行器再入轨道高度范围被覆盖完全，即实现速度-高度再入走廊的上边界预测。

2.如权利要求1所述的一种再入飞行器速度-高度再入走廊预测方法，其特征在于：还包括步骤五，利用步骤四预测再入飞行器的速度-高度再入走廊，解决飞行器再入段弹道控制相关工程问题；所述飞行器再入段弹道控制相关工程问题包括：根据预估的再入飞行器再入走廊辅助飞行器再入段制导律设计；根据预估的再入飞行器再入走廊获得飞行器再入过程中的飞行速度-高度包络，辅助对来袭再入飞行器武器的探测，缩小探测范围。