【技术实现步骤摘要】
一种吸气式超声速导弹轨迹优化设计方法
本专利技术属于航空航天领域，具体涉及一种吸气式超声速导弹轨迹优化设计方法。
技术介绍
吸气式超声速导弹是指以吸气式发动机为动力，在大气层内进行超声速远程飞行的导弹。由于其采用比冲高和推阻比大的冲压发动机，在飞行时直接从大气中吸取氧气，不需要自身携带氧化剂，相比于传统的导弹，吸气式超声速导弹具有结构更轻、航程更远、机动更灵活等优势，成为是未来导弹发展的一个重要方向。吸气式超声速导弹涉及的关键技术有结构设计、动力学建模、轨迹优化及飞行控制等。其中爬升段轨迹优化设计能够实现飞行的燃料消耗最小化，充分发挥其高空高速巡航的性能优势，进而增强其远程打击能力。由于吸气式超声速导弹飞行包络大，动力学特性复杂，且导弹的飞行状态与推进系统之间存在强烈的耦合。因此，对爬升段轨迹进行精确、稳定和快速的优化设计是能够实现精确打击的重要前提。轨迹优化是根据设计指标建立飞行力学方程，并选择主要设计变量，构造性能函数，求解最优变量而形成最优飞行轨迹。轨迹优化数值方法，一般分为直接法和间接法。相对与间接法...
【技术保护点】
1.一种吸气式超声速导弹轨迹优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤S1、建立吸气式超声速导弹爬升段的飞行动力学模型；/n步骤S2、根据吸气式超声速导弹爬升段的飞行动力学模型，选取飞行攻角和燃料质量流量作为双优化变量，以飞行的油耗最小作为性能指标函数，考虑飞行过程约束和飞行轨迹的终端约束，构建最优控制问题；/n步骤S3、在hp自适应伪谱法的基础上，建立具有可缩小网格规模的改进hp自适应伪谱法，利用改进hp自适应伪谱法对步骤S2中的最优控制问题进行求解，得到吸气式超声速导弹爬升段飞行的最优轨迹。/n
【技术特征摘要】
1.一种吸气式超声速导弹轨迹优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、建立吸气式超声速导弹爬升段的飞行动力学模型；
步骤S2、根据吸气式超声速导弹爬升段的飞行动力学模型，选取飞行攻角和燃料质量流量作为双优化变量，以飞行的油耗最小作为性能指标函数，考虑飞行过程约束和飞行轨迹的终端约束，构建最优控制问题；
步骤S3、在hp自适应伪谱法的基础上，建立具有可缩小网格规模的改进hp自适应伪谱法，利用改进hp自适应伪谱法对步骤S2中的最优控制问题进行求解，得到吸气式超声速导弹爬升段飞行的最优轨迹。
2.根据权利要求1所述的一种吸气式超声速导弹轨迹优化设计方法，其特征在于，所述步骤S1中吸气式超声速导弹的飞行动力学模型为：
式中，V为导弹的飞行速度，θ为弹道倾角，x为射程，y为飞行高度，m为导弹质量，P为发动机推力，X为阻力，Y为升力，g为重力加速度，α为飞行攻角，mc为发动机燃料质量流量，t为导弹飞行时间。
3.根据权利要求1所述的一种吸气式超声速导弹轨迹优化设计方法，其特征在于，所述步骤S2中构建的最优控制问题，具体如下：
寻找最优的控制变量，即飞行攻角α和发动机燃料质量流量mc，使得性能指标J最大
式中，t0为优化初始时间，tf为优化结束时间，m(tf)为爬升段结束时刻的质量，m(t0)为导弹初始质量；
为了满足微分状态方程约束，状态变量取公式(1)中的导弹的飞行速度V、弹道倾角θ、射程x、飞行高度y以及导弹质量m；
同时为了满足边界条件约束，
其中，初始状态t0时为：
v(0)＝v0，θ(0)＝θ0，x(0)＝x0，y(0)＝y0，m(0)＝m0
飞行终端tf时刻参数约束条件为：
V(tf)≥Vfmin，θ(tf)＝θf，y(tf)＝yf
以及过程约束条件：
动压约束：
q≤qmax
式中，q为动压，qmax为动压的极限值；
法向过载约束：
|ny|≤nymax
式中，ny为法向过载，nymax为法向过载的极值；
静压裕度
式中，Sm为静压裕度，分别表示静压裕度的最小值与最大值；
余气系数
式中，αf为余气系数，分别为余气系数的最小值与最大值；
以及...
【专利技术属性】
技术研发人员：明超，王晓鸣，于纪言，贾方秀，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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