考虑不确定因素影响的飞行走廊计算方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑不确定因素影响的飞行走廊计算方法，包括下述步骤：建立各个飞行约束条件的数学描述模型；基于各个飞行约束条件的数学描述模型建立确定条件下的飞行走廊模型；增加考虑指定参数的偏差对飞行走廊边界的影响，建立考虑不确定因素影响的飞行走廊模型；确定考虑不确定因素影响的飞行走廊模型中指定参数的偏差的误差特性；基于误差特性计算边界的误差范围，该误差范围使得飞行走廊模型的边界形成边界带；将考虑不确定因素影响的飞行走廊模型的上边界带的下边界线、下边界带的上边界线之间的安全边界区域作为最终得到的飞行走廊。本发明专利技术在设计参考飞行剖面时不需要设置裕量，能够避免再入制导时反复设计参考飞行剖面的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及飞行器动力学与制导领域，具体涉及一种考虑不确定因素（飞行器气 动参数、飞行器质量等）影响的飞行走廊计算方法。
技术介绍
高超声速飞行器、载人飞船等飞行器在返回地球过程中，需要在大气层内进行高 超声速再入飞行，所经历的飞行环境十分复杂。为了确保飞行器或乘员的安全，飞行过程中 气动热、动压、过载等均不能超出飞行器或乘员的最大承受范围。因此，工程上所采用的再 入制导方法一般需先确定飞行走廊，进而在飞行走廊内设计参考飞行剖面，在实际飞行过 程中通过跟踪参考飞行剖面实现飞行器制导。飞行走廊实际上是飞行器在飞行过程需满足 的各种飞行约束条件的交集，是飞行器安全飞行的"通道"。飞行走廊边界计算是否准确，将 影响再入飞行剖面的设计和制导的成败。典型的飞行走廊包括阻力加速度一速度飞行走廊 (简称为D-V飞行走廊）、高度一速度飞行走廊（简称为H-V飞行走廊）等。 在飞行器高速飞行过程中，受各种随机干扰的影响，实际的大气密度及飞行器气 动参数与理论计算或试验结果存在较大偏差，而飞行器质量也会随着高速飞行过程中飞行 器外表的烧蚀而发生一定程度的改变。通过分析发现，飞行器气动参数、飞行器质量等不确 定因素会影响飞行走廊边界的计算，从而影响飞行剖面的设计和制导。 现有飞行走廊计算方法一般没有考虑不确定因素的影响，而是基于确定性条件进 行飞行走廊计算。以D-V投影坐标系下的飞行走廊为例，如图1所示，现有技术的飞行走廊 计算方法获得的飞行走廊中，上边界分别由驻点热流密度边界、过载边界、动压边界构成， 下边界由拟平衡滑翔边界构成。由于飞行器气动参数、飞行器质量等存在不确定性，实际 D-V飞行走廊边界应为图3所示的"边界带"，而"边界带"的宽度则取决于各种不确定因素 随机变化幅度。可见，现有飞行走廊计算方法所确定的边界实际上是不准确的。因此，在工 程实际中，在现有方法获得的飞行走廊内进行参考飞行剖面设计时，需要人为的留有裕量 (参见图1)，但裕量取值如何确定，缺乏量化标准，完全依靠工程经验，导致通常需要经过 多次反复设计才能获得同时满足飞行约束和航程要求的可行参考飞行剖面。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：针对现有飞行走廊计算方法没有考虑不确定因素影 响所带来的问题，提供一种在设计参考飞行剖面时不需要设置裕量，能够避免再入制导时 反复设计参考飞行剖面的问题的。 为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为： -种，包括下述步骤： 1)建立各个飞行约束条件的数学描述模型； 2)将所述各个飞行约束条件的数学描述模型转换到指定投影坐标系，得到由各个 飞行约束条件的边界构成的确定条件下的飞行走廊模型； 3)在所述各个飞行约束条件的边界中增加考虑指定参数的偏差对飞行走廊边界 的影响，建立考虑不确定因素影响的飞行走廊模型； 4)确定所述考虑不确定因素影响的飞行走廊模型中所述指定参数的偏差的误差 特性； 5)基于所述指定参数的偏差的误差特性计算所述考虑不确定因素影响的飞行走 廊模型中边界的误差范围，该误差范围使得所述飞行走廊模型的边界形成带状的上边界带 和下边界带；将所述考虑不确定因素影响的飞行走廊模型的上边界带的下边界线、下边界 带的上边界线之间的安全边界区域作为最终得到的飞行走廊。 优选地，所述步骤3)建立考虑不确定因素影响的飞行走廊模型中，考虑不确定因 素影响后各个飞行约束条件的边界如式（1)~式（4)所示，其中式（1)为D-V坐标系下的 驻点热流密度约束条件的边界，式（2)为D-V坐标系下的动压约束条件的边界，式（3)为 D-V坐标系下的总过载约束条件的边界，式（4)为D-V坐标系下的拟平衡滑翔约束条件的边 界；【主权项】1. 一种，其特征在于包括下述步骤： 1) 建立各个飞行约束条件的数学描述模型； 2) 将所述各个飞行约束条件的数学描述模型转换到指定投影坐标系，得到由各个飞行 约束条件的边界构成的确定条件下的飞行走廊模型； 3) 在所述各个飞行约束条件的边界中增加考虑指定参数的偏差对飞行走廊边界的影 响，建立考虑不确定因素影响的飞行走廊模型； 4) 确定所述考虑不确定因素影响的飞行走廊模型中所述指定参数的偏差的误差特 性； 5) 基于所述指定参数的偏差的误差特性计算所述考虑不确定因素影响的飞行走廊模 型中边界的误差范围，该误差范围使得所述飞行走廊模型的边界形成带状的上边界带和下 边界带；将所述考虑不确定因素影响的飞行走廊模型的上边界带的下边界线、下边界带的 上边界线之间的安全边界区域作为最终得到的飞行走廊。2. 根据权利要求1所述的，其特征在于：所 述步骤3)建立考虑不确定因素影响的飞行走廊模型中，考虑不确定因素影响后各个飞行 约束条件的边界如式（1)~式（4)所示，其中式（1)为D-V坐标系下的驻点热流密度约束 条件的边界，式（2)为D-V坐标系下的动压约束条件的边界，式（3)为D-V坐标系下的总过 载约束条件的边界，式（4)为D-V坐标系下的拟平衡滑翔约束条件的边界；式（1)中，D(V)为飞行器在飞行速度V下的阻力加速度，0-)为考虑不确定因素影 Simax 响的飞行走廊模型中的驻点热流密度边界，&为飞行器的气动参考面积，?为飞行器允 许的最大驻点热流密度，Cd为飞行器的阻力系数，Λ C D为不确定因素中的阻力系数偏差，K h 为预设的飞行器相关常数，V为飞行器的飞行速度；m为预设的常数参数，M为飞行器的质 量，Λ M为不确定因素中的质量偏差；式（2)中，D(V)为飞行器在飞行速度V下的阻力加速度，为考虑不确定因素影 响的飞行走廊模型中的动压边界，qmax为飞行器允许的最大动压，S 飞行器的气动参考面 积，Cd为飞行器的阻力系数，Λ Cd为不确定因素中的阻力系数偏差，M为飞行器的质量，Λ M 为不确定因素中的质量偏差；式（3)中，D(V)为飞行器在飞行速度V下的阻力加速度，为考虑不确定因素影 响的飞行走廊模型中的总过载边界，Hmax为飞行器允许的最大总过载nmax，g(l为海平面引力 系数，(^为飞行器的升力系数，Λ C1为不确定因素中的升力系数偏差，Cd为飞行器的阻力系 数，Λ Cd为不确定因素中的阻力系数偏差；式（4)中，D(V)为飞行器在飞行速度V下的阻力加速度，Deg(F)为考虑不确定因素影 响的飞行走廊模型中的拟平衡滑翔边界，g为重力加速度，V为飞行器的飞行速度，r为地 心距，Cd为飞行器的阻力系数，Λ Cd为不确定因素中的阻力系数偏差，C1为飞行器的升力系 数，Λ Q为不确定因素中的升力系数偏差。3. 根据权利要求2所述的，其特征在于，所 述步骤4)的详细步骤包括： 4. 1)将所述考虑不确定因素影响的飞行走廊模型中的各个飞行约束条件的边界进行 泰勒展开并忽略二阶以上的小量； 4. 2)根据所述泰勒展开并忽略二阶以上的小量的结果确定各个飞行约束条件的边界 对应的考虑不确定因素影响的绝对误差； 4. 3)根据所述指定参数的偏差确定各个飞行约束条件的边界对于确定条件下的飞行 走廊模型中对应飞行约束条件的边界的相对误差。4.根据权利要求3所述的，其特征在于：所 述步骤4. 1)进行泰勒展开并忽略二阶以上的小量后得到的结果如式（5)~（8)所示，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑不确定因素影响的飞行走廊计算方法，其特征在于包括下述步骤：1)建立各个飞行约束条件的数学描述模型；2)将所述各个飞行约束条件的数学描述模型转换到指定投影坐标系，得到由各个飞行约束条件的边界构成的确定条件下的飞行走廊模型；3)在所述各个飞行约束条件的边界中增加考虑指定参数的偏差对飞行走廊边界的影响，建立考虑不确定因素影响的飞行走廊模型；4)确定所述考虑不确定因素影响的飞行走廊模型中所述指定参数的偏差的误差特性；5)基于所述指定参数的偏差的误差特性计算所述考虑不确定因素影响的飞行走廊模型中边界的误差范围，该误差范围使得所述飞行走廊模型的边界形成带状的上边界带和下边界带；将所述考虑不确定因素影响的飞行走廊模型的上边界带的下边界线、下边界带的上边界线之间的安全边界区域作为最终得到的飞行走廊。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢愈，潘亮，陈璟，刘扬，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43