[发明专利]一种短航程低过载的再入轨迹设计方法

权利要求书

1.一种短航程低过载的再入轨迹设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)对于小升阻比的再入飞行器，将从再入点到开伞的过程分为三段，分别为初始下降段、滑翔段和末段；其中初始下降段以常值倾侧角飞行，通过速度和高度、速度倾角和高度的解析公式积分得到初始下降段内的相关状态参数；设定滑翔段和末端都按照相同的轨迹形式飞行，计算公式如下：其中μ为轨迹参数，β＝1/7110为大气密度参数，两个阶段的轨迹参数取值不同，滑翔段的轨迹参数μ₁小于末段的轨迹参数μ₂；θ为速度倾角；h为飞行器高度；

2)根据设定的轨迹形式，推导出滑翔段和末段的速度和高度、速度倾角和高度的解析公式；

3)根据任务需要选择初始下降段滑翔段和末段的轨迹参数μ₁,μ₂，通过轨迹参数μ与倾侧角σ之间的关系，换算得到系统需要的倾侧角指令σ_c0；

4)当飞行器的过载超过设定的上限时，通过调整倾侧角大小实现对再入过载的控制，得到校正后的倾侧角σ_c1；

5)对步骤2)中的解析公式积分获得实际航程，与任务航程进行比较；若设计出的再入轨迹不满足航程任务需求，则当航程偏大时，增大初始下降段倾侧角幅值；航程偏小时，减小初始下降段倾侧角幅值；若设计出的再入轨迹满足航程任务需求，则输出倾侧角幅值；

6)参考横向倾侧角翻转逻辑，输出倾侧角符号，输出最终满足要求的倾侧角制导指令，结束。

2.根据权利要求1所述的短航程低过载的再入轨迹设计方法，其特征在于，步骤1)中，速度倾角计算公式如下：

速度倾角

上式中，Ω_id为满足初始再入状态的积分常数，τ,ξ₀均为定义的与飞行器相关的参数，ρ₀为大气密度标准值；S_ref为飞行器参考面积；m为飞行器质量；ψ₀为速度方位角初始值；为地心纬度初始值；C_L为飞行器的气动升力系数；h为飞行器高度，R₀为地球平均半径；Ω_id计算公式如下：

步骤1)中，速度计算公式如下：

速度

上式中，Π_id为满足初始状态的积分常数，Π_id＝v₀²+2gh₀，v₀，h₀分别为飞行器再入点处的速度和高度，g为当地的重力加速度，C_D为飞行器的气动阻力系数，θ₀为飞行器再入点处的速度倾角。

3.根据权利要求1所述的短航程低过载的再入轨迹设计方法，其特征在于，步骤2)中的速度倾角计算公式如下：

速度倾角

其中，Ω_gf为满足初始状态的积分常数，θ_gf0,h_gf0分别为飞行器在滑翔段起点处的速度倾角和高度；

步骤2)中的速度计算公式如下：

速度

其中，Π_gf为满足初始状态的积分常数，v_gf0为滑翔段起点处的速度大小，Π_gf计算公式如下：

4.根据权利要求1所述的短航程低过载的再入轨迹设计方法，其特征在于，轨迹参数μ与倾侧角σ之间的关系式如下：

其中，v为相对地球的速度大小，为当地速度倾角，ψ为速度方位角，r为地心距，为地心纬度。

5.根据权利要求1所述的短航程低过载的再入轨迹设计方法，其特征在于，步骤4)中，σ_c1的计算公式如下：

其中σ_c0为原倾侧角控制指令，σ_c1为经过载控制后输出的倾侧角控制指令，为反馈增益系数，为飞行器实际的过载，为过载阈值。