[发明专利]基于数值优化的可重复使用火箭着陆段可行域计算方法

权利要求书

1.一种基于数值优化的可重复使用火箭着陆段可行域计算方法，其特征在于，所述方法包括：

确定可重复使用火箭着陆段的运动方程；

确定可重复使用火箭着陆段的约束；

确定可重复使用火箭着陆段的优化目标函数；

根据所述运动方程、约束和优化目标函数计算可重复使用火箭着陆段可行域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可行域中所述可重复使用火箭在纵平面内运动。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定可重复使用火箭着陆段的运动方程，包括：

在目标坐标系下，确定可重复使用火箭着陆段的运动方程为：

D＝0.5ρS_refC_D||V||V；

其中，所述目标坐标系的原点O在着陆点，OY轴垂直目标点当地水平面指向天，OX轴在目标点当地水平面内指向发射点；

^·为求一阶导数运算符，为推力矢量与OX轴之间的夹角，r为位置矢量，V为速度矢量，m为可重复使用火箭总质量，g为重力加速度在所述目标坐标系下的投影矢量，T为发动机推力幅值，I_sp为发动机比冲，g₀为海平面重力加速度，为俯仰角速度，ρ为大气密度，S_ref为参考面积，C_D为气动阻力系数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述目标坐标系下，可重复使用火箭着陆段中可重复使用火箭为质点，且可重复使用火箭实时响应程序角指令，发动机推力沿所述可重复使用火箭轴向。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定可重复使用火箭着陆段的约束，包括：

确定可重复使用火箭着陆段的过程约束；

确定可重复使用火箭着陆段的初始状态约束；

确定可重复使用火箭着陆段的终端状态约束。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定可重复使用火箭着陆段的过程约束，包括：

确定可重复使用火箭着陆段的推力幅值不等式约束、俯仰角不等式约束、俯仰角速度不等式约束、高度不等式约束、速度不等式约束。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述推力幅值不等式约束为：

T_min≤T(t)≤T_max；

其中，t为可重复使用火箭着陆段的任一时刻，T(t)为t时刻的发动机推力幅值，T_min为发动推力的最小值，T_max为发动推力的最大值。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述俯仰角速度不等式约束为：

其中，t为可重复使用火箭着陆段的任一时刻，为t时刻的俯仰角速度，为俯仰角速度最大值。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述俯仰角不等式约束为：

其中，为俯仰角与90度之间的最大偏差。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述高度不等式约束为：

y(t)≥0；

其中，t为可重复使用火箭着陆段的任一时刻，y(t)为t时刻的高度。

11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述速度不等式约束为：

V_y(t)≤0；

其中，t为可重复使用火箭着陆段的任一时刻，V_y(t)为t时刻的纵向速度。

12.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定可重复使用火箭着陆段的初始状态约束，包括：

确定可重复使用火箭着陆段的位置矢量和纵向速度等式约束、质量等式约束。