高超声速伸缩式变形飞行器再入轨迹快速优化

摘要

针对高超声速变形飞行器再入轨迹优化问题,研究了一种基于改进高斯伪谱法(Gauss pseudospectral method,GPM)的快速优化方法.首先,针对一种采用伸缩式机翼的高超声速变形飞行器,建立了将展长变形量扩展成为控制变量的再入轨迹优化模型.其次,采用GPM将轨迹优化问题转化为非线性规划(nonlinear program-ming,NLP)问题,并基于NLP偏导数的稀疏性推导目标函数梯度和约束Jacobian矩阵的高效计算方法.最后,优化求解了变形飞行器的最大横向航程、再入可达区、最大终端速度和最小飞行时间.仿真结果表明,推导的梯度计算方法可有效提高优化求解效率,变形飞行器相对于固定外形飞行器的性能更加优越,最大横向航程、可达区覆盖范围、最大终端速度和最小飞行时间等指标均有显著提升.