空基高超声速飞行器上升-巡航轨迹优化与规避策略

"空基投放高超声速飞行器的上升巡航轨迹优化——张侃，刘燕斌，邓俊。文章探讨了空基投放型高超声速飞行器的轨迹优化问题，涉及上升段和巡航段的运动特性分析，以及规避禁飞区域的策略。采用直接配点法解决无限维最优控制问题，转化为非线性规划问题并利用序列二次规划算法求解。" 本文主要研究了空基投放的高超声速飞行器在执行任务过程中的轨迹优化问题，特别是在有动力规避飞行场景下的策略。作者张侃、刘燕斌和邓俊通过将飞行过程划分为两个关键阶段：上升段和巡航段，分别对这两个阶段的运动特性进行了深入分析。上升段通常关注如何高效地提升飞行器的高度和速度，而巡航段则着重于维持高超声速飞行并达到预定目标。 为了实现纵程最远并避开禁飞区域，研究者建立了三自由度（3-DOF）的运动模型，这是一个考虑了飞行器在垂直、水平和航向三个方向运动的数学描述。在此基础上，他们提出了一种基于直接配点法的优化方法，该方法可以将原本的无限维最优控制问题转化为一个有限维的非线性规划问题（NLP）。这种转化使得复杂的问题变得更容易处理。 进一步，他们设计了一种逐步细分的优化策略，该策略能够逐步提高问题的精确度，同时保持计算的效率。最终，通过序列二次规划（SQP）算法来求解这个问题，这是一种在工程优化领域常用的求解非线性约束优化问题的方法。通过对优化结果的误差分析，作者发现所提策略的收敛速度快，计算效率高，且优化结果与数值积分的误差控制在千分之一以内，显示出良好的精度和实用性。 关键词涵盖的方面包括上升轨迹优化、巡航轨迹优化、直接配点法、空基投放以及高超声速飞行器技术。文章的中图分类号V412.4和V412.1分别对应于航空飞行力学和航天飞行力学，显示了研究的领域和深度。 这项研究为高超声速飞行器的轨迹规划提供了新的理论支持和技术手段，有助于提升飞行器的任务执行能力，特别是面对复杂环境和限制条件时的飞行安全性与效率。