适用于一次性和可重复使用运载器的最优控制方法概述.docVIP

本科毕业设计 英文翻译 专业名称 飞行器设计与工程 学生姓名 XX 指导教师 X 完成时间 2010-04-08 本科毕业设计英文翻译 指导教师评阅意见 学生姓名： 郭旭 班级： 2163 得分： 请指导教师用红笔在译文中直接进行批改，并就以下几方面填写评阅意见，给出综合得分（满分按15分计）。 1、专业术语、词汇翻译的准确性； 2、翻译材料是否与原文的内容一致； 3、翻译材料字数是否符合要求； 4、语句是否通顺，是否符合中文表达习惯。 指导教师（签名）： 年 月 日 适用于一次性和可重复使用飞行器的最优控制方法概述 ——Nicolas Berend, Christophe Talbot 摘要 飞行器轨道优化是一项复杂的工作，尤其是考虑到研究可重复使用飞行器时提出的特殊的问题时。部分困难来自组成飞行器任务的轨道弧圈的不同的特性（约束和控制可能不一样）。另一些困难某些情况下来自对上升和再入段之间阶段进行全局优化必要性。最后，用于这项工作的优化工具应该是宽范围、稳定的，因为对于可重复使用飞行器的研究经常涉及很多不同的概念，也有很多不同的轨道情况（比如放弃任务的设定）。本文的目的就是在飞行器轨道优化的大框架内给出不同的应用于法国CNES和ONERA的用于解决优化控制问题的方法。这些方法都是对经典优化方法的有利应用，其设计目的是涵盖一次性飞行器和可重复使用飞行器的轨道计算的需求。发布的第一个优化工具是OPTAX，用的是间接打靶方法。发布的第二个和第三个工具是CNES的ORAGE和ONERA的FLOP/OLGA，用的是两个不同的梯度变量的方法。本文描述了这些工具背后的方程和方法论以及其优缺点。 引言 对于空间运输而言轨道优化是一件不可避免的事。自从空间探索开始以来随着飞行器（导弹、火箭、航天飞机和再入兵器等）和任务的进化发展了非常多的优化方法，详见参考文献【2】。为了为未来飞行器体制做好准备人们正在研究部分或者全部的可重复使用飞行器。从构架和技术的角度来看，这种飞行器增加的复杂性很明显，从轨道优化的角度来看也是这样的。就技术来讲，飞行器的任务是由多重的阶段组成的，以分支路线的方式组合（多段再入的情况），具有不同的动态特性和控制特性。 历史上，欧洲曾开发了很多工具来解决一个或几个同类问题。DIAMANT, EUROPA和ARIANE对这些工具的继承给我们带来了稳定的具有竞争力的用于传统一次性飞行器的程序，但是这些工具有时并不适用与可重复使用飞行器。结果就是人们使用了更多的工具和方法。 本文中，我们对当今CNES和ONERA的最常用的工具进行了概述。 第一个是OPTAX，使用的是间接打靶方法。发布的第二个和第三个工具是CNES的ORAGE和ONERA的FLOP/OLGA，用的是两个不同的梯度变量的方法。 间接打靶法：OPTAX: Ariane轨道优化（CNES） OPTAX是Ariane轨道和所有一次性飞行器上升轨道的主要的优化工具，在具有常值攻角或配平攻角的大气阶段的限制范围内也可以用于可重复使用飞行器。 OPTAX是基于Pontryagin最大化原则的直接应用。事实上，这个原则仅仅应用于大气层以外的轨道圆弧（因为我们可以容易的得到控制的显示表达）。大气层被参数化的优化。 1.1 该类问题的参数 我们考虑一下具有初始条件的一般情况，其包含参数、过渡约束、最终约束和自由最终时间。这里的初始时间是，是最有控制的开始日期（空气动力可以忽略时的时刻是最典型的时刻）。 该问题的目的是将性能指数降到最低： 这里的目标函数是Mayer形式的是因为对于上升段我们很少用整体的标准的缘故。 状态向量是由坐标、速度向量和参数（有效载荷质量、斜坡阶段持续时间、倾斜速度等）组成的。控制量描述了推力矢量的方向，它是与飞行器的轴线是在同一条线上的。 最小值服从以下条件： 要注意是在之前的非最有控制阶段（基本上是大气段）起作用的参数。处的状态向量完全由决定。 过渡约束可能发生在优化时间为时。 动态方程如下： 代表推力和重力（之后空气动力被忽略），为质量（它是时间的函数）。参数不随时间变化。 1.2 优化条件 与拉格朗日方程的形式相似，我们构建了提高的性能系数如下，详见参考文献【6】。 为了简化方程我们已经忽略了过渡约束项。我们引入拉格朗日乘子作为最终约束和状态向量伴随向量作为动态约束。其方程如下： 需要的优化条件一如下设定