飛行器再入動力學建模與仿真

摘要

為研究飛行器再入大氣層返回地球時的質(zhì)心運動規(guī)律，需要對飛行器進行動力學建模并仿真分析。再入式飛行器主要包括彈道導彈再入機動彈頭、返回式衛(wèi)星、載人飛船和航天飛機。本文主要研究再入航天器再入大氣層時的運動規(guī)律。

本課題的主要工作是：推導飛行器再入運動方程，得到關于飛行狀態(tài)變量的微分方程組；研究計算機仿真方法，仿真求解運動方程，得到再入飛行軌跡。研究的重點是建立飛行器再入過程的三自由度運動模型。將再入飛行器看做質(zhì)點，在無推力的情況下，推導其只有重力和氣動力作用時的飛行狀態(tài)數(shù)學表達式。其中計算氣動力作用時，需要對飛行器氣動參數(shù)進行插值，確定飛行器氣動特性，并建立合適的大氣密度模型，代入飛行器再入運動方程中進行仿真。

完成了縱向參考軌跡的設計。通過仿真得出所設計的算法能夠較快的生成縱向參考軌跡，可以滿足再入高超聲速飛行器再入時對軌跡生成時間的要求。并最終繪制出三維再入飛行軌跡仿真圖。

關鍵字：航天器，再入，軌跡，建模，仿真 

ABSTRACT

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KEYWORDS: Spacecraft, Re-entry, Trajectory, Modeling, Simulation

   

目錄

第1章 緒論5

1.1 課題的研究背景、目的和意義5

1.1.1 高超聲速飛行器的發(fā)展概況5

1.2 滑翔段制導律設計方法7

1.2.1 標準軌道制導方法7

第2章 飛行器再入坐標及大氣環(huán)境9

2.1 坐標系定義及坐標轉(zhuǎn)換9

2.2 大氣飛行環(huán)境12

第3章 再入運動方程及建模16

3.1 再入運動方程16

3.2 縱程、橫程、航程25

3.3 飛行器的再入問題26

3.3.1 再入約束條件27

3.4 本章小結(jié)29

第4章 再入縱向軌跡參數(shù)設計與仿真30

4.1 引言30

4.2 縱向運動方程30

4.3 控制變量的設置32

4.3.1 攻角剖面的設置32

4.3.2 傾斜角的設置33

4.4 初始下降段33

4.5 近似平衡滑翔段35

4.6 縱向軌跡生成仿真37

4.6.1 氣動模型37

4.6.2 再入條件38

4.7 仿真結(jié)果及分析39

4.8 本章小結(jié)43

第5章 總結(jié)與展望44

參考文獻45

致謝47

畢業(yè)設計小結(jié)48