[发明专利]一种用于高超声速巡航飞行器的返航飞行能量管理方法

说明书

本发明涉及一种用于高超声速巡航飞行器的返航飞行能量管理方法，包括：S1.将巡航飞行器巡航结束时刻至进场着陆入口点的能量管理飞行过程分为初始能量管理阶段和末端能量管理阶段；S2.在所述初始能量管理阶段，采用多次左右往复的S转弯飞行，消耗巡航飞行器的多余能量；S3.直至多余能量消耗完成后，控制巡航飞行器处于基准航向并进入末端能量管理阶段；S4.在末端能量管理阶段，控制巡航飞行器的待飞距离用于进一步消耗所述巡航飞行器的能量，以及校正所述巡航飞行器在初始能量管理阶段累计的侧向位置偏差，引导所述巡航飞行器到达预定的进场着陆入口点。该方案可在较短时间和较狭窄的空域内对飞行器的返航飞行状态和能量状态进行有效控制。

技术领域

本发明涉及航空航天领域，尤其涉及一种用于高超声速巡航飞行器的返航飞行能量管理方法。

背景技术

随着超燃冲压发动机技术的兴起和发展，高超声速的巡航飞行器逐渐进入科研人员的研究视线。可重复使用的高超声速巡航飞行器可以在20km以上的高度进行马赫数大于5的高超声速巡航飞行，随后返回地面的预定机场水平着陆，其在未来的空基发射入轨领域具有很好的发展前景。

为了追求更高的巡航高度、更快的巡航速度或者更远的巡航里程，飞行器所携带的燃料设计为全部用于爬升和巡航飞行，在返航过程中则进行无动力飞行。例如，美国航天飞机为了提高入轨能力，将大部分推进剂用于发射入轨飞行中，在返航段则几乎不消耗推进剂。在这种情形下，飞行器不能自由飞行，不具备复飞等二次飞行的能力，必须通过能量管理飞行严格控制飞行器的高度、速度、飞行器机械能等状态，使其瞄准预定的进场着陆入口点和入口点飞行状态进行飞行，为最终的成功着陆提供保证。

已有的能量管理飞行方案多针对航天飞机等再入飞行器，再入飞行器有足够的时间(1000s级)、高度空间(约120km～3km)和航程空间(5000km级)进行能量管理飞行。而对于高超声速巡航飞行器，其飞行的时间较短(约100s量级)，飞行高度空间和航程空间也十分有限，高度空间仅为30km～3km范围，航程空间仅为100km量级。进而对于高超声速巡航飞行器而言，其进行能量消耗的时间和空间都受到了很大限制。因此，已有的能量管理飞行方案在这样小的时间和空域范围内均难以对巡航飞行器的飞行状态、能量状态进行有效控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高超声速巡航飞行器的返航飞行能量管理方法，用于巡航飞行器返航飞行过程中无推进剂消耗情况下的着陆。

为实现上述发明目的，本发明提供一种用于高超声速巡航飞行器的返航飞行能量管理方法，包括：

S1.将巡航飞行器巡航结束时刻至进场着陆入口点的能量管理飞行过程分为初始能量管理阶段和末端能量管理阶段；

S2.在所述初始能量管理阶段，采用多次左右往复的S转弯飞行，消耗所述巡航飞行器的多余能量；

S3.直至多余能量消耗完成后，控制所述巡航飞行器处于基准航向并进入末端能量管理阶段；

S4.在所述末端能量管理阶段，控制所述巡航飞行器的待飞距离用于进一步消耗所述巡航飞行器的能量，以及校正所述巡航飞行器在初始能量管理阶段累计的侧向位置偏差，引导所述巡航飞行器到达预定的进场着陆入口点。

根据本发明的一个方面，步骤S2中，在所述初始能量管理阶段，开始S转弯飞行的初始转弯方向按照所述巡航飞行器当前的侧向位置进行判定，以用于控制所述巡航飞行器围绕基准航向进行转弯飞行；

在所述初始能量管理阶段，纵向制导采用高度跟踪制导，横向制导采用S转弯制导。

根据本发明的一个方面，步骤S4中，在所述末端能量管理阶段，将所述巡航飞行器的飞行轨迹划分为五个阶段，其分别为：第一直线段、转弯捕获段、第二直线段、航向校准段、进场前飞段；其中，所述巡航飞行器在所述第一直线段的初始航向与所述巡航飞行器在所述进场前飞段的进场航向之间是具有夹角的。