›› 2014, Vol. 34 ›› Issue (3): 23-31.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.03.004

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可重复使用运载器再入数学建模

余光学1,李昭莹1,林平1,2   

  1. (1北京航空航天大学宇航学院,北京100191)(2北京航天自动控制研究所,北京100854)
  • 收稿日期:2013-08-22 修回日期:2013-10-22 出版日期:2014-06-25 发布日期:2014-06-25
  • 作者简介:余光学 1986年生,2009年毕业于南京航空航天大学探测制导与控制技术专业,现为北京航空航天大学导航制导与控制专业博士研究生。研究方向为飞行器制导、控制与动力学。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(61174221)资助项目

RLVReentryMathematicalModeling

YUGuangxue1,LIZhaoying1,LINPing1,2   

  1. (1SchoolofAstronautics,BeihangUniversity,Beijing100191)(2BeijingAerospaceAutomaticControlInstitute,Beijing100854)
  • Received:2013-08-22 Revised:2013-10-22 Online:2014-06-25 Published:2014-06-25

摘要: 针对可重复使用运载器(RLV)方案论证和初步设计阶段对模型的需求,提出了一种RLV再入概念设计,进行了数学建模研究。RLV采用翼身组合体的气动布局,包括左右升降副翼、方向舵和机体襟翼。对其无动力再入返回姿态控制,建立了反作用控制系统/气动舵复合控制数学模型。再入过程要经历自由分子流区、稀薄大气过渡流区和连续流区,基于气动力的工程计算方法建立了这三个流区的RLV气动模型。控制特性分析与六自由度再入仿真表明,所设计的RLV控制模型具有与航天飞机轨道器一致的再入飞行特性,证明了数学建模的有效性,能够进一步用于RLV姿态控制的研究。

关键词: 可重复使用运载器, 再入, 姿态控制, 建模, 反作用控制系统

Abstract: Areusablelaunchvehicle(RLV)reentryconceptualdesignandcontrolmodelingresearchwerepresentedforschemeanalysisinthepreliminarydesignstage.TheRLVaerodynamicconfigurationwasawingbodycombinationwithtwoelevonsatthewingtrailingedge,arudderontheverticaltailandaflapattheendofthebody.TheRCS/Aerosurfacescompoundcontrolmathematicalmodelwasdevelopedforattitudecontrol.Inordertorapidlyaccomplishthepreliminaryaerodynamicdatabases,theengineeringpredictionmethodwasappliedtocalculatetheaerodynamicforcesandmoments.Theaerodynamicregionsimplementedwasrarefiedflow,transitionalflow,andhypersoniccontinuumflow.Thecontrolanalysissupportedtheevolutionofthedesigntoprovideanoptimaldesign.AsixdegreesoffreedomreentrysimulationshowsthattheRLVaerodynamicandcontrolmodelhasthesameflightperformancesasthespaceshuttleorbiter.

Key words: Reusablelaunchvehicle, Reentry, Attitudecontrol, Modeling, Reactioncontrolsystem