一种基于倾侧角可用性的再入走廊最优规划方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种再入走廊最优规划方法，特别是一种基于倾侧角可用性的再入走 廊最优规划方法，尤其适用于跳跃式再入任务（初始速度远超第一宇宙速度且存大航程需 求），主要在再入飞行器任务设计以及制导律设计前期使用。
【背景技术】
[0002] 再入飞行器再入过程中最大减速过载、持续时间、产生的热流等等都需要保持在 一定范围内，同时再入飞行器还需要确保能够在预定着陆点着陆或满足终端状态要求。从 工程设计经验来看，再入飞行器的飞行状态应该满足一定要求以确保再入过程能够满足各 方面的约束，保证再入飞行安全可控。确保再入约束的以某种参数描述的状态范围一般称 为再入走廊，再入走廊的形式有多种，对于本发明所针对的弹道一升力式飞行器来说，再入 飞行器的再入过程受初始状态影响很大，因此一般考虑以某种参数描述的初始状态包络作 为再入走廊，不失一般性主要考虑再入角。
[0003] 以往任务规划主要以寻找满足基本地球大气捕获的初始状态作为走廊上边界，而 以满足最大过载约束的初始状态作为走廊下边界的方法设计再入走廊，这在确保地球大气 捕获的较低速度再入任务（如载人飞船等）或者不存在跳跃式再入要求的高速再入任务 (如美国的Apollo飞船）设计中是有一定指导意义的；但是随着任务要求的更新如以接近 第二宇宙速度甚至更高速度再入地球大气，伴随有大航程需求的小升阻比飞行器再入任务 等，这种飞行器速度极高，在到达地球附近时（120km以下，进入稠密地球大气层后），其地 速将远大于当地圆轨道速度。对于此类飞行器，即使本身升阻比较小，依然能够通过跳跃式 弹道实现较大的飞行航程。与速度小于第一宇宙速度的再入飞行器不同，跳跃式再入飞行 器的运动轨迹存在跃出大气层的过程，离心力、重力以及科氏力的作用在大气稀薄段无法 忽略，同时由于二次再入飞行过程过载、航程均受前一阶段的影响，因此无论过载、航程均 不能使用再入运动方程的近似解形式获得整段飞行过程的解析解。而仅使用三自由度动力 学则无法对超过第一宇宙速度的弹道不稳定阶段或者弹道临界稳定阶段的倾侧角控制所 导致的姿态弹道耦合进行评估，容易导致设计可达实际终端状态不可达的问题。也正是有 这种问题的存在，准确的飞行器的再入机动性评估也是任务设计以及制导律设计所必要的 输入条件，而传统的设计方法在这种情况下无法直接获得精确的机动性能评估结果。
[0004] 此外，众所周知再入过程是受多种摄动因素综合影响的，其中尤为突出的就是气 动参数摄动以及大气环境的摄动，因此再入走廊的设计必须考虑其中的影响，不能简单以 标称再入工况的设计作为依据；同时走廊内部势必存在受摄动影响较小的区域，适合作为 任务瞄准区域使用，这样也带来评估和寻优的需求，这也是传统的再入走廊设计方法无法 满足的。
【发明内容】
[0005] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于倾侧角可用性 的再入走廊最优规划方法，保证形成的再入走廊能够适应各种摄动因素的影响，在姿态弹 道耦合的情况下终端状态也是真实可达的，同时还可以给出敏感度寻优结果作为任务瞄准 点，并快速给出相应的机动范围。
[0006] 本发明的技术解决方案是：一种基于倾侧角可用性的再入走廊最优规划方法，步 骤如下：
[0007] (1)确定初始再入角在高能量再入时的取值范围，所述初始再入角在高能量再入 时取值范围为：_4°~-7°，所述高能量再入指初始再入速度大于9km/s ;
[0008] (2)确定倾侧角区域；
[0009] (3)在步骤⑵中确定的倾侧角允许区域内选择倾侧角剖面，即建立倾侧角与时 间或者单位能量的函数关系，所述函数形式包括常值、分段常值、线性-常值；
[0010] (4)选择飞行器到达终端时所需的纵向航程、横向航程区间，所述飞行器到达终端 时的纵向航程区间包含待考核的纵向航程区间，飞行器到达终端时的横向航程区间包含待 考核的横向航程区间，以固定间隔将纵向航程区间划分为η个区域，以固定间隔将横向航 程区间划分为m个区间，形成nXm个终端区间，所述固定间隔大于等于预先设定的终端纵 向精度和横向精度，所述终端是指飞行器到达某一预设高度时的状态或者飞行器的速度低 于某一预设值时的状态；
[0011] (5)以固定间隔将步骤⑴中确定的初始再入角取值范围划分为t个输入区间，所 述固定间隔小于等于0.2° ;
[0012] (6)从步骤（5)中的t个输入区间中的任一输入区间中选取一个数值作为初始再 入角，以步骤（4)nXm个终端约束区间中的每一个区间作为一个目标，使用六自由度再入 动力学和简易制导方法对飞行器的终端状态进行仿真确认，得到飞行器在飞行过程中的轴 向过载，进一步获得飞行器到达每一个终端时距离目标中心点的纵向航程偏差和横向航程 偏差，进入步骤（7);
[0013] (7)若步骤（6)中获得的纵向航程偏差或横向航程偏差超过预先设定的阈值，或 者再入过程中飞行器的轴向过载超过预先设定的阈值，则标记当前终端区域为不可达；否 则标记当前区域可达；
[0014] (8)重复步骤（6)~步骤（7)，直至遍历步骤（5)中的t个区间，完成所有初始再 入角输入区间和所有终端区间的考核；
[0015] (9)根据步骤⑶得到的考核结果，得到各个初始再入角对应的纵程区间可达数 据和横程区间可达数据，将满足预先设定阈值的纵程区间可达数据和横程区间可达数据对 应的初始再入角区间作为初始再入走廊；
[0016] (10)在六自由度再入动力学中增加组合的摄动偏差，重复步骤（6)~步骤（9)， 更新再入走廊，并得到机动性评估结果；所述摄动包括阻力系数CcU升阻比Cl和大气密度 P ;
[0017] (11)对步骤（10)确定