[发明专利]基于轨迹规划的高超声速飞行器再入安全控制方法及系统

权利要求书

1.一种基于轨迹规划的高超声速飞行器再入安全控制方法，其特征在于实施步骤包括：

1)计算高超声速飞行器健康状态下的飞行覆盖面得到区域I、故障状态下的飞行覆盖面得到区域II，其中区域II为区域I的子集；

2)确定高超声速飞行器的当前位置；

3)将当前位置与区域I、区域II进行比对，如果当前位置位于区域I之外则跳转执行步骤4)；如果当前位置位于区域II之内则跳转执行步骤5)；如果当前位置位于区域I内、区域II外则进行备选目标搜索，所述备选目标为任务中的次优先目标或安全处置区，如果备选目标存在则跳转执行步骤6)，备选目标不存在则跳转执行步骤7)；

4)判定高超声速飞行器的再入轨迹初始规划已超出其飞行能力，结束并退出；

5)判定高超声速飞行器的故障削弱了系统控制性能、但仍有能力沿标称再入轨迹到达指定目标点处，结束并退出；

6)将备选目标设定为新的飞行目标点，并根据新的飞行目标点规划新的再入轨迹，结束并退出；

7)判定高超声速飞行器没有能力到达既定目标点、也缺乏到达其他备选目标位置的能力；

步骤1)的详细步骤包括：

1.1)假设地球为均质圆球体且没有自转，在半速度系下建立简化的高超声速飞行器的再入运动模型；

1.2)根据预设的约束条件确定高超声速飞行器的再入飞行走廊；

1.3)在得到的再入飞行走廊的基础上，生成健康状态下高超声速飞行器的飞行覆盖面得到区域I，并生成故障状态下高超声速飞行器的飞行覆盖面得到区域II；

步骤1.2)的详细步骤包括：

1.2.1)给定控制变量中的攻角α的曲线如下式所示：

上式中，α_max表示最大攻角，α_L/Dmax表示最大升阻比攻角，V表示速度，V₁,V₂分别为攻角的速度分段参数；

1.2.2)由飞行动压、过载、驻点热流及准平衡滑翔的约束条件确定再入飞行走廊范围如下式所示：

上式中，D表示阻力加速度，表示最大驻点热流密度约束，S表示飞行器参考面积，m表示高超声速飞行器的质量，C_q表示飞行器端头形状参数，V表示速度，C_D表示阻力加速度系数，表示D-V形式的热流约束，q_max表示最大动压约束，D_qmax(V)表示D-V形式的动压约束，n_ymax表示最大法向过载约束，g表示重力加速度，C_L/D表示升阻比，α表示攻角，表示D-V形式的过载约束，r为地心距离，σ_QEGC表示准平衡滑翔条件下的倾侧角，D_smin(V)表示D-V形式的平衡滑翔约束；

1.2.3)确定在阻力加速度-速度剖面内的再入飞行走廊如下式所示：

上式中，D_smin(V)表示D-V形式的平衡滑翔约束，D为阻力加速度，表示D_qmax、三者中的最小值，表示D-V形式的热流约束，D_qmax表示D-V形式的动压约束，表示D-V形式的过载约束；

步骤1.3)生成健康状态下高超声速飞行器的飞行覆盖面得到区域I的详细步骤包括：

1.3.1)对于再入飞行走廊内最大航程的飞行剖面，通过多组倾侧角符号方案得到该飞行剖面下多条再入轨迹，这一组多条再入轨迹属于同一剖面航程相近，但由于倾侧角符号不同导致终点并不重合，轨迹的终点分布在一个狭长的条带状区域中，采用二次曲线进行拟合得到了该飞行剖面对应的轨迹终点曲线；对于再入飞行走廊内最小航程的飞行剖面，通过多组倾侧角符号方案得到该飞行剖面下多条再入轨迹，这一组多条再入轨迹属于同一剖面航程相近，但由于倾侧角符号不同导致终点并不重合，轨迹的终点分布在一个狭长的条带状区域中，采用二次曲线进行拟合得到了该飞行剖面对应的轨迹起点曲线；

1.3.2)将轨迹终点曲线、轨迹起点曲线之间的区域添加辅助线条使之闭合生成健康状态下高超声速飞行器的飞行覆盖面，从而得到区域I。