【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于最优控制，具体涉及一种组合动力助推可重复使用航天器爬升段轨迹优化方法。
技术介绍
1、可重复使用的空天飞行器较大程度上提高了航天任务的经济性、高效性，随着航天发动机技术的发展，组合动力空天飞行器又在一定程度上提高了传统空天飞行器的飞行能力。由于组合动力空天飞行器的最大飞行高度较高，并且其推进系统具有更加高效的工作效率，因此成为了各个国家航天器相关技术发展的重点。考虑到空天飞行器飞行环境较为复杂，飞行高度和飞行速度跨度较大，对其飞行轨迹进行设计和优化是使其完成飞行任务的必要前提。在2013年，某公司公布了使用并联式tbcc发动机的高超声速飞行器sr-72，该飞行器在外形上与sr-71侦察机相似，最大速度可达6马赫，该项目是falcon计划的延续，在其项目研发中，解决了遇到的一系列问题，实现了两组发动机共用进气道和喷管的技术，并且使涡喷发动机拥有在2.5马赫数以上工作的能力。
2、现有的冲压发动机与涡喷发动机组合动力在集成轨迹优化问题技术存在一些问题，由于直接法在解决轨迹优化问题时相对间接法有诸多优势，因此国内外学者对于此类方法开展了较多研究。gao针对周期巡航轨迹优化问题进行研究，使用伪谱法对周期巡航相关参数进行拟合，可以快速得到优化轨迹；侯忻宜等针对吸气式飞行器的爬升-巡航飞行段轨迹优化问题开展研究，将该问题转换为凸优化问题，并且求解效率满足轨迹在线规划的要求；elnagar等人利用legendre伪谱法解决了弹道优化问题，并验证了该方法能够满足各类约束条件，具有较高的准确性，rao等人也使用该方法解决
3、现有的轨迹优化存在对可重复使用航天器的爬升段的轨迹优化研究较少，在对组合推力的方式下进行轨迹优化的研究中，对推力的处理较理想化、速度的提升效果与高度的提升效果不相匹配的问题，另外也需要满足航天器在各种约束条件下，完成爬升任务的快速性的要求。
4、综上所述，现有的冲压发动机与涡喷发动机组合动力可重复使用航天器爬升段的轨迹优化存在对推力的处理较理想化、速度的提升效果与高度的提升效果不相匹配的问题，导致根据优化的航天器爬升段轨迹进行导航的准确率低的问题。
技术实现思路
1、本专利技术目的是解决现有对可重复使用航天器的爬升段的轨迹优化中，对推力的处理较理想化、速度的提升效果与高度的提升效果不相匹配的问题，导致根据优化的航天器爬升段轨迹进行导航的准确率低的问题。我们提出了一种组合动力助推可重复使用航天器爬升段轨迹优化方法。包括：
2、步骤s1：建立6个坐标系以及5个坐标系转换关系；
3、所述6个坐标系包括：
4、地心惯性坐标系oe-xiyizi、导航坐标系on-xnynzn、地理坐标系ot-xtytzt、飞行器体坐标系ob-xbybzb、速度坐标系ov-xvyvzv、半速度坐标系oh-xhyhzh；
5、所述5个坐标系转换关系包括：导航坐标系和飞行器体坐标系转换关系飞行器体坐标系与速度坐标系的转换关系半速度坐标系与速度坐标系之间转换关系地理坐标系与半速度坐标系转换关系导航坐标系与地理坐标系转换关系
6、步骤s2：确定可重复使用航天器的飞行器构型，根据地心惯性坐标系、导航坐标系、地理坐标系、半速度坐标系、导航坐标系与地理坐标系转换关系地理坐标系与半速度坐标系转换关系飞行器构型建立三自由度动力学模型；
7、步骤s3：获取现有飞行器数据，根据现有飞行器数据确定飞行器的动力发动机参数和飞行器气动参数；
8、步骤s4：基于飞行器三自由度模型、飞行器的动力发动机参数和飞行器气动参数、飞行器体坐标系、速度坐标系、半速度坐标系、飞行器体坐标系和速度坐标系的转换关系、半速度坐标系与速度坐标系的转换关系，构建可重复使用航天器的爬升段轨迹优化问题；
9、步骤s5：采用hp自适应gauss伪谱法优化可重复使用航天器的爬升段轨迹优化问题，得到可重复使用航天器的最优爬升段轨迹；。
10、本专利技术的有益效果为：
11、在经典高斯伪谱法的基础上，为了提高非光滑问题的求解的速度，在多项式次数和配点修正时，结合传统gauss伪谱法与有限元法，基于时间段上控制变量的曲率引入自适应决策方法，决策使用提高插值多项式次数或增加时间区间的方法进行修正。以涡喷和冲压共同工作的前提下，提出了二者的作用时间及推力大小的分配方式，给出了组合推力的分配方案。
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1.一种组合动力助推可重复使用航天器爬升段轨迹优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种组合动力助推可重复使用航天器爬升段轨迹优化方法，其特征在于，所述S1中可重复使用航天器的坐标系统包括：6个坐标系以及5个坐标系转换关系；
3.根据权利要求2所述的一种组合动力助推可重复使用航天器爬升段轨迹优化方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的一种组合动力助推可重复使用航天器爬升段轨迹优化方法，其特征在于，所述S2.1中构建飞行器在地心惯性坐标系下的动力学模型的具体过程为：
5.根据权利要求4所述的一种组合动力助推可重复使用航天器爬升段轨迹优化方法，其特征在于，所述步骤S3中获取现有飞行器数据，根据现有飞行器数据确定飞行器的动力发动机参数和飞行器气动参数；具体过程为：
6.根据权利要求5所述的一种组合动力助推可重复使用航天器爬升段轨迹优化方法，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的一种组合动力助推可重复使用航天器爬升段轨迹优化方法，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的一种组合动
9.根据权利要求8所述的一种组合动力助推可重复使用航天器爬升段轨迹优化方法，其特征在于，
10.根据权利要求9所述的一种组合动力助推可重复使用航天器爬升段轨迹优化方法，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种组合动力助推可重复使用航天器爬升段轨迹优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种组合动力助推可重复使用航天器爬升段轨迹优化方法，其特征在于，所述s1中可重复使用航天器的坐标系统包括：6个坐标系以及5个坐标系转换关系；
3.根据权利要求2所述的一种组合动力助推可重复使用航天器爬升段轨迹优化方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的一种组合动力助推可重复使用航天器爬升段轨迹优化方法，其特征在于，所述s2.1中构建飞行器在地心惯性坐标系下的动力学模型的具体过程为：
5.根据权利要求4所述的一种组合动力助推可重复使用航天器爬升段轨迹优化方法，其特征在于，所述步骤s3中获取现有飞行器数据，根据现有飞行器数据确定飞行器...
【专利技术属性】
技术研发人员：高长生，胡玉东，樊牧，陈迪，叶允明，王忠杰，聂兰顺，曲明成，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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