返回式飞行器的过渡轨道优化研究
本文主要对返回式飞行器的最优过渡轨道进行了研究。根据返回任务类型的不同，对返回轨道的要求和约束也不同。本文研究的是返回式飞行器在给定的时间内返回到给定的落点并且对落点速度有约束的情况。返回式飞行器的返回轨道可分为过渡段和再入段。本文假设在过渡段飞行器使用推力大小为几十牛的小推力发动机进行轨道机动，再入段采用弹道式再入。本文采用遗传算法与经典优化方法相结合的组合优化策略求解小推力轨道优化问题，对返回式飞行器的过渡轨道进行了优化计算。 文中建立了惯性坐标系中极坐标形式的飞行器的运动方程并对方程进行了归一化。在最优控制理论的基础上，建立了时间最短过渡轨道和终端时刻固定的燃料最省过渡轨道的最优控制模型，分析了最优轨迹的充分必要条件以及待解决问题的初始和终端条件，将问题转化为两点边值问题。 本文采用组合优化策略求解两点边值问题。利用遗传算法的全局优化特性，结合局部搜索算法（单纯型法），形成了本文的组合优化方法。采用浮点数编码的遗传算法，设计了选择、交叉、变异等遗传算子，选取了合理的算法控制参数，并通过算例验证了算法的可行性。 最后，将本文的组合优化方法应用于返回式飞行器过渡轨道的优化。由于再入点速度和再入角决定了过渡段的终端状态，并且会影响到过渡段的能量消耗和落点速度的大小，所以将再入点速度和再入角也作为优化参数，得出了固定时间下满足落点速度约束的燃料最省的过渡轨道。 仿真结果表明，应用遗传算法和经典优化方法相结合的方式求解轨道优化问题，可以很好地克服传统优化方法的初值敏感问题，能够搜索到全局最优的轨道。
返回式飞行器;过渡轨道优化;遗传算法;最优控制模型
哈尔滨工业大学
硕士
飞行器设计
耿云海
2007
中文
V525.2
79
2013-03-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）