空天飞行器制导控制技术发展思考

针对空天飞行器结构大型化、飞行包线扩展和可重复使用等要求对制导控制技术带来的技术难题,通过回顾国外高超声速飞行器制导控制技术进展,梳理空天飞行器面临的技术难点,详细分析了需要开展的制导控制技术方向,重点关注了动力学建模技术、轨迹优化与高精度制导技术和强稳定控制及执行机构技术,并给出了问题解决思路的初步构想。     

高超声速飞行器制导控制技术发展回顾与展望

通过对国内外高超声速飞行器制导控制技术研究成果的回顾,介绍了高超声速飞行器独特的动力学特性,并分别从动力学建模及特性分析、轨迹优化与制导、稳定控制等方面分析了当前达到的技术水平、关键控制问题及存在的难点。在此基础上,结合高超声速飞行器面临的技术难点和未来发展需求,对制导控制技术后续发展方向提出了思考与建议。     

多飞行器自适应编队制导控制技术

利用拉格朗日方法推导了飞行器编队飞行的精确动力学模型,考虑了非线性项和J2项对飞行器编队模型精度的影响,利用自适应方法,在线评估J2摄动项对飞行器编队相对运动的影响。基于李雅普诺夫理论的非线性自适应控制,保障了在未知空间摄动影响下飞行器编队相对位置跟踪误差的全局渐近稳定。仿真结果显示:新的动力学模型能够准确描述飞行器编队飞行的相对运动。从而减少模型误差引起的燃料消耗。     

飞行器超低空飞行制导控制技术发展研究

针对超低空飞行问题,阐述了有人机、无人机、导弹相关领域技术发展及应用情况。围绕基于数字高程图的超低空飞行制导控制技术、基于单目视觉的障碍物探测及深度估计技术、飞行器视觉辅助超低空飞行技术三个方面,分析了相关算法研究进展。最后结合相关领域研究工作认识,总结了飞行器超低空飞行技术后续研究重点,对提高未来飞行器突防能力具有一定参考意义。     

基于伪谱法的空天飞行器上升段非线性闭环最优制导算法

针对具有过程约束和终端状态约束的大气层内空天飞行器上升段制导问题,给出了一种基于伪谱法的固定采样非线性实时最优制导算法,通过连续在线计算开环最优控制的方式提供闭环反馈。针对闭环最优制导过程中首次轨迹优化时的初始猜测问题,提出了采用运载火箭真空段飞行最优上升轨迹作为大气层内最优上升轨迹的初始猜测,改进了初次轨迹优化的初始猜测过程中,直接采用伪谱法进行计算导致的计算速度过慢的缺点。仿真结果表明,该实时最优制导算法能有效地抑制飞行过程中不确定性和扰动的影响。     

2015年临近空间与空天飞行器控制技术研讨会征文通知

<正>为深入研究飞行器控制理论、控制技术与工程应用的新结合点,交流飞行控制方法的深层次机理、模型特性中的物理机理问题,探讨飞行控制中的新方法、新思想、新概念及其在工程应用中的新方向,由北京空天技术研究所主办、先进制导控制技术重点实验室、北京海鹰科技情报研究所、哈尔滨工业大学联合承办的2015年临近空间与空天飞行器控制技术研讨     

临近空间高超声速飞行器制导与控制技术研究综述

对临近空间高超声速飞行器制导与控制技术的研究情况进行调研,分析了制导与控制技术在临近空间高超声速飞行器设计中的作用以及临近空间高超声速制导与控制技术当前面临的挑战,综述了主流的制导与控制方法,并展望了未来的发展方向。     

德国SpaceLiner空天飞行器综述

SpaceLiner空天飞行器是德国航空航天中心提出的一种亚轨道、带翼高超声速飞行器,用于商业高速洲际飞行。作为可重复使用的运载飞行器,将重载荷送入轨道,计划2035年左右开展原型样机飞行试验,2040年后实现可运营的高速客运飞行。对SpaceLiner项目的背景、发展历程、进度规划等方面进行了综合梳理,并对该项目下当前最新型号SpaceLiner 7-3客运型与入轨型两种子型飞行器的任务定位与技术方案进行了梳理与分析。结合当前低成本空间进入技术发展情况,简要分析了可重复使用火箭对含SpaceLiner在内的空天飞行器发展所构成的影响。     

空天飞行器再入姿态控制研究

为满足空天飞行器在再入过程中各种约束条件,对其再入段的姿态控制进行研究。以HORUS-2B 飞行器 为研究对象,根据飞行器的舵面偏转特点,建立纵向非线性模型,通过对再入过程的约束条件分析,选定合适的初 始攻角,对切换控制律进行设计,通过经典控制与模糊控制相结合的方式来整定控制参数,并进行仿真验证。仿真 结果表明：控制系统能够很好地对攻角和过载进行控制,并具有很好的鲁棒性,能抑制不确定性的影响。     

空天飞行器气动外形构想

对翼身组合体、融合体和乘波体等三种高升阻比空天飞行器外形进行了分析,针对不同的任务使命提出了不同的空天飞行器外形方案,并对空天飞行器外形设计时需注意的几个问题进行了分析。     

空天飞行器气动技术研究

气动技术的研究对于认识空天飞行器飞行环境和发展其他关键技术有巨大推动作用。根据空天飞行器的任务环境及外形特点分析了空天飞行器研究涉及的高温/稀薄等复杂流动机理、复杂耦合环境下气动特性的预测与验证、大空域宽速域高升阻比气动布局设计等三个气动方面的关键问题,并探讨了解决上述问题所需开展的关键技术,为后续空天飞行器的研究提供了一定的指导与借鉴。     

空天飞行器轨道拦截策略研究

在分析空天飞行器（aerospace vehicle,ASV）的概念及其使命任务的基础上,针对ASV的特点,依据轨道动力学,探讨了ASV拦截同一圆轨道上及共面不共轨圆轨道上目标的策略。其中,在同一圆轨道上的拦截讨论了椭圆机动和快速机动两种拦截方案;在共面不共轨圆轨道上的拦截讨论了霍曼轨道机动、双椭圆轨道机动以及快速轨道机动三种拦截策略。在每一种拦截策略中均详细分析了拦截时间、拦截所需速度增量、拦截轨线长度等。最后通过仿真分析了各种拦截策略的优缺点。     

空天飞行器大气传感技术研究

根据空天飞行器的特点和大气传感系统的技术类型,调研了国外典型空天飞行器的大气传感系统技术,明确了嵌入式大气数据传感技术适合空天飞行器,在此基础上分析了嵌入式大气数据传感系统的组成方案,并针对空天飞行器的特殊需求,梳理了嵌入式大气数据传感系统关键技术。     

吸气式高超声速飞行器控制技术综述与展望

作为空天领域的制高点,吸气式高超声速飞行器以超燃冲压发动机为主动力,飞行马赫数大于5,但其控制技术尚不成熟.简要回顾了面向控制的AHV模型,包括两种典型的纵向动力学模型以及其他代表性工作.综述了近二十年AHV控制领域的重要理论成果,涵盖反步法、自适应等多种现代控制方法.结合AHV工程中亟待解决的大包线飞行控制、气动舵/...     

云霄塔空天飞行器D1方案研究

以英国反应发动机公司公布的第2版云霄塔空天飞行器用户手册为基础,对飞行器方案由第1版的C1方案变更为D1方案进行了介绍,重点对其D1方案的机身特点、地面运行模式、上面级任务模式等技术特性进行了分析研究。可以看出,云霄塔飞行器的商业化发展理念没有改变,其配套设施和关键技术研究也在同步发展。     

巴西新一代空天飞行器14-X研究现状

介绍了巴西14-X高超声速飞行器、火箭加速器、发射轨道、飞行测试计划、Henry T Nagamatsu教授高超声速空气热力学实验室以及应用于14-X飞行器的数值技术与试验设备。     

“空天飞行器总体设计技术”专栏征稿启事

高超声速导弹、高超声速飞机和天地往返可重复使用飞行器等空天飞行器的研究与装备已成为世界各国抢占战略制高点、提升综合国力、开展大国竞争与博弈的重要抓手之一。为保证远程、快速和大范围机动能力,空天飞行器必须在具备高升阻比的同时,兼顾飞行稳定性和操纵性,其外形布局设计难度极大。由于其具有宽空域宽速域飞行、过程及终端约束多样、飞行剖面复杂、不确定性及非线性强、需根据态势感知应对飞行任务变更等特点,其总体设计技术研究备受关注。     

再入飞行器高空最优制导律

研究了在降弧段进行高空机动的再入飞行器的最优制导律．采用最优控制理论推导出具有再入约束条件的高空最优制导律,给出了剩余时间的计算方法．仿真结果表明,此制导律可用于再入飞行器的高空机动飞行．     

远程弹道式飞行器机动制导方法

以一种远程弹道式飞行器为研究对象,研究了弹道落点可以覆盖大面积区域的机动弹道设计及制导方法。采用兰伯特定理设计机动弹道,并采用迭代的方法对地球非球形摄动进行补偿。在考虑发动机性能的基础上,采用速度增益制导算法对飞行器进行关机制导。为了保证再入点的高精度要求,提出了一种弹道修正制导算法,制导过程分为横向制导和纵向制导,横向制导采取相平面法,纵向制导采用一种解析的闭路制导算法。仿真结果表明,该文方法能够使飞行器较好地实现远程机动飞行,具有较好的鲁棒性。