CN113759956A - 一种用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法 - Google Patents

一种用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法，将传统的惯性弹道式飞行与滑翔式飞行的有机结合，飞行弹道依次包括惯性弹道飞行段与滑翔飞行段，惯性弹道飞行段的射程与总射程的比例K满足：0.5≤K≤0.8。采用本发明亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法获得的飞行弹道，相比于全程滑行形式，可有效的提升飞行器射程；相比于纯惯性弹道飞行，可有效的提升飞行突防能力。本发明提出了以射程最大化为原或者以装药量最小化为原则，确定比例K的值保证了惯性弹道飞行段与滑翔飞行段的最优分配。

Description

一种用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法
技术领域
本发明涉及亚轨道飞行器总体设计技术领域，具体涉及一种用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法。
背景技术
亚轨道飞行器的传统飞行弹道方案多为惯性弹道式、全程平衡滑翔式或者全程跳跃滑翔式。这几种飞行方案各有各的特点，弹道式飞行方案射程最大，但是飞行器的突防性能最差，极容易被拦截，而滑翔式弹道方案的飞行高度低、机动性强，因此突防性能最好，但由于飞行器要长时间在大气层内滑行，导致飞行器的速度损失很大，相比之下射程较小，平衡滑翔式飞行方案的速度损失最大，因而射程最小。
为了满足不断提高的亚轨道飞行器性能需求，在保证足够突防性能的基础之上又要有尽可能大的射程，因此亚轨道飞行器弹道设计时需要提出一种更高效的飞行方案。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法，将传统的惯性弹道式飞行与滑翔式飞行有机结合，充分发挥惯性飞行弹道射程大的优点，滑翔式弹道突防性能高的特点。
为达到上述目的，本发明提供了一种用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法，飞行弹道依次包括惯性弹道飞行段与滑翔飞行段，惯性弹道飞行段的射程与总射程的比例K满足：0.5≤K≤0.8。
进一步地，滑翔飞行弹道是跳跃滑翔弹道和/或平衡滑翔弹道。
进一步地，所述亚轨道飞行器发射后，在惯性弹道飞行段，依靠惯性飞行；在滑翔飞行段，所述亚轨道飞行器发动机关机，通过改变空气舵的摆角调整所述亚轨道飞行器上升或下降。
进一步地，在滑翔飞行段，满足所述亚轨道飞行器在滑翔飞行段的弹道倾角不超过10°。
进一步地，还包括：设置所述亚轨道飞行器的装药量初值以及比例K初值；调整比例K的值，获得满足总射程设计要求的一组装药量值；选择装药量最小时对应的K值，确定惯性弹道飞行段和滑翔飞行段的射程。
进一步地，调整比例K的值包括：将比例K初值设置为0.5，逐渐增大比例K，直至比例K值达到0.8，获得满足总射程设计要求的一组装药量值；
或者，将比例K初值设置为0.8，逐渐减小比例K，直至比例K值达到0.5，获得满足总射程设计要求的一组装药量值。
进一步地，比例K每次调整量要小于0.01。
进一步地，还包括：根据装药量的设计值，设置所述亚轨道飞行器比例K初值；调整比例K的值，获得一组对应的总射程；选择总射程最大时对应的K值，确定惯性弹道飞行段和滑翔飞行段的射程。
进一步地，调整比例K的值包括：将比例K初值设置为0.5，逐渐增大比例K，直至比例K值达到0.8，获得一组对应的总射程；
或者，将比例K初值设置为0.8，逐渐减小比例K，直至比例K值达到0.5，获得一组对应的总射程。
进一步地，比例K每次调整值为增大0.01或减小0.01。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)采用本发明亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法获得的飞行弹道，相比于全程滑行形式，可有效的提升飞行器射程；相比于纯惯性弹道飞行，可有效的提升飞行突防能力。
(2)本发明提出了以射程最大化为原或者以装药量最小化为原则，确定比例K的值保证了惯性弹道飞行段与滑翔飞行段的最优分配。
附图说明
图1本发明用于亚轨道飞行器的飞行弹道示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
依据飞行器总射程需求，惯性弹道式飞行射程与滑翔式射程以一定比例组合，按照先弹道飞行后滑翔飞行原则，即组成了本发明的飞行弹道，称之为“半滑”弹道。
滑翔飞行段可采取“跳跃滑行”、“平衡滑行”等多种形式。射程比例为：惯性弹道飞行段射程/总射程。射程比例为1时，为全程滑翔飞行方案；为0时，为纯惯性弹道式飞行方案，介于0与1之间时即为本发明提出的半滑飞行。经过优化分析，对于多数亚轨道飞行器，射程比例在0.5～0.8之间时，总射程处于最优状态。
本发明提供一种用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法，飞行弹道依次包括惯性弹道飞行段与滑翔飞行段，结合图1。惯性弹道飞行段的射程与总射程的比例K满足：0.5≤K≤0.8。
所述亚轨道飞行器发射后，在惯性弹道飞行段，依靠惯性飞行；在滑翔飞行段，所述亚轨道飞行器发动机关机，通过改变空气舵的摆角来调整飞行的升力，从而实现所述亚轨道飞行器的上升或下降。对于平衡滑翔式飞行器，仅需保证弹体具有合适攻角即可。对于跳跃滑翔式飞行器，根据预估的实时动压来决定起始跳跃时间和终止跳跃时间，满足所述亚轨道飞行器在滑翔飞行段的弹道倾角不超过10°。
实施例1
在本实施例中，对于亚轨道飞行器的总重量有严格限制，需要尽量减小装药量，满足总重量的要求。比例K的具体数值的确定方法，采用装药量最小化原则：
(1)设置所述亚轨道飞行器的装药量初值以及比例K初值。
(2)调整比例K的值，获得满足总射程设计要求的一组装药量值。
将比例K初值设置为0.5，逐渐增大比例K，K每次调整值为增大0.01，直至比例K值达到0.8，获得满足总射程设计要求的一组装药量值。
或者，将比例K初值设置为0.8，逐渐减小比例K，K每次调整值为减小0.01，直至比例K值达到0.5，获得满足总射程设计要求的一组装药量值。
(3)遍历K值的取值范围，选择装药量最小时对应的K值，确定惯性弹道飞行段和滑翔飞行段的射程。
实施例2
在本实施例中，对于期望亚轨道飞行器的总射程达到最大。比例K的具体数值的确定方法，采用总射程最大化原则：
(1)根据装药量的设计值，设置所述亚轨道飞行器比例K初值。
(2)调整比例K的值，获得一组对应的总射程。
将比例K初值设置为0.5，逐渐增大比例K，K每次调整值为增大0.01，直至比例K值达到0.8，获得一组对应的总射程。
或者，将比例K初值设置为0.8，逐渐减小比例K，K每次调整值为减小0.01，直至比例K值达到0.5，获得一组对应的总射程。
(3)遍历K值的取值范围，选择总射程最大时对应的K值，确定惯性弹道飞行段和滑翔飞行段的射程。
综上所述，本发明提出一种用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法，该飞行弹道方案是传统的惯性弹道式飞行与滑翔式飞行的有机结合，依据飞行器总射程需求，惯性弹道式飞行射程与滑翔式射程以一定比例组合，按照先弹道飞行后滑翔飞行原则，形成了本发明的弹道设计方法，称之为“半滑”方案。滑翔飞行可采取“跳跃滑行”、“平衡滑行”等多种形式。射程比例为1时，为全程滑翔飞行方案；为0时，为纯惯性弹道式飞行方案，介于0与1之间时即为本发明提出的半滑飞行。以射程最大化为原或者以装药量最小化为原则调整比例，保证了惯性弹道飞行段与滑翔飞行段的最优分配。相比于全程滑行形式，本发明的弹道可有效的提升飞行器射程；相比于纯惯性弹道飞行，可有效的提升飞行突防能力。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法，其特征在于：飞行弹道依次包括惯性弹道飞行段与滑翔飞行段，惯性弹道飞行段的射程与总射程的比例K满足：0.5≤K≤0.8。
2.如权利要求1所述的用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法，其特征在于：滑翔飞行弹道是跳跃滑翔弹道和/或平衡滑翔弹道。
3.如权利要求1或2所述的用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法，其特征在于：所述亚轨道飞行器发射后，在惯性弹道飞行段，依靠惯性飞行；在滑翔飞行段，所述亚轨道飞行器发动机关机，通过改变空气舵的摆角调整所述亚轨道飞行器上升或下降。
4.如权利要求3所述的用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法，其特征在于，在滑翔飞行段，满足所述亚轨道飞行器在滑翔飞行段的弹道倾角不超过10°。
5.如权利要求1或2所述的用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法，其特征在于，还包括：设置所述亚轨道飞行器的装药量初值以及比例K初值；调整比例K的值，获得满足总射程设计要求的一组装药量值；选择装药量最小时对应的K值，确定惯性弹道飞行段和滑翔飞行段的射程。
6.如权利要求5所述的用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法，其特征在于，调整比例K的值包括：将比例K初值设置为0.5，逐渐增大比例K，直至比例K值达到0.8，获得满足总射程设计要求的一组装药量值；
或者，将比例K初值设置为0.8，逐渐减小比例K，直至比例K值达到0.5，获得满足总射程设计要求的一组装药量值。
7.如权利要求5所述的用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法，其特征在于，比例K每次调整量要小于0.01。
8.如权利要求1或2所述的用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法，其特征在于，还包括：根据装药量的设计值，设置所述亚轨道飞行器比例K初值；调整比例K的值，获得一组对应的总射程；选择总射程最大时对应的K值，确定惯性弹道飞行段和滑翔飞行段的射程。
9.如权利要求8所述的用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法，其特征在于，调整比例K的值包括：将比例K初值设置为0.5，逐渐增大比例K，直至比例K值达到0.8，获得一组对应的总射程；
或者，将比例K初值设置为0.8，逐渐减小比例K，直至比例K值达到0.5，获得一组对应的总射程。
10.如权利要求8所述的用于亚轨道飞行器的飞行弹道设计方法，其特征在于，比例K每次调整值为增大0.01或减小0.01。
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