题目：基于能量的高超声速飞行器再入制导研究与仿真

高超声速飞行器（Hypersonic Vehicle，HSV）再入制导方法的研究是高超声速飞行器关键技术之一。本文针对以攻角为唯一控制变量的高超声速飞行器再入飞行过程，重点研究了高超声速飞行器再入运动数学模型与再入制导方法，以及研制了再入制导3D仿真平台。首先，参照X-33气动数据建立了高超声速飞行器再入运动数学模型，包括再入运动方程、大气模型以及气动参数。给出了飞行器再入阶段的各项约束条件，并对模型进行了必要的分析。然后，针对本文的再入制导对象，重点研究了预测—校正制导方法，结合非精确线搜索方法、最速下降法与外点罚函数法，以攻角为控制变量进行了再入制导设计。对所设计的预测—校正再入制导方法分别在无偏差条件下、存在初始偏差以及大气密度不确定性条件下进行仿真验证，结果表明该方法在这两种条件下均能够准确地完成再入制导任务。最后，结合本文再入制导应用背景，采用Windows编程、Direct3D编程与Socket编程相结合的方法，以Visual Studio为仿真平台设计了再入制导3D仿真平台，包括飞行器再入场景的实现、再入制导路线的显示以及再入过程中飞行器机体约束满足情况的显示。该平台实现了对再入制导结果直观而准确的展示，对再入制导方法的研究起到了很好的辅助设计作用。