基于高斯求积配点的端到端上升-再入任务性能优化

研究了受加热率和加热载荷约束的组合上升-再入任务的性能优化。上升飞行器建模为三级火箭，将飞行器送至亚轨道外大气轨迹，之后飞行器进行无动力再入并下降直至垂直向下的终端条件。再入飞行器建模为高升阻比飞行器，能够承受高水平的热载荷与结构载荷。设计了一个性能指标，以在大气再入期间改善控制裕度同时衰减长周期振荡。此外，本研究采用对应于原型发射点与目标点的任务。轨迹优化问题被表述为多阶段最优控制问题，并使用自适应高斯求积配点法求解。优化轨迹的一个关键方面是，对于再入期间最大允许加热率和加热载荷的特定范围，上升阶段的相对较小调整可能降低大气再入期间所需的控制努力。然而，在这些最大允许加热率和加热载荷范围之外，发现所需控制努力增加，并最终在初始下降时使指令攻角饱和。本文识别了优化轨迹与控制的关键特征，所开发的方法为端到端上升-再入轨迹优化提供了系统性方法。