Guía de entrada para vehículos hipersónicos de deslizamiento a través de programación convexa secuencial hp-adaptativa de dos fases
Autores: Liu, Xu; Li, Xiang; Zhang, Houjun; Huang, Hao; Wu, Yonghui
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Guía de entrada para vehículos hipersónicos de deslizamiento a través de programación convexa secuencial hp-adaptativa de dos fases
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Papel
Generación de trayectorias
Vehículos hipersónicos de planeo
Restricciones
Programación convexa secuencial
Evitación de NFZ
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
Este documento aborda el problema de generación de trayectorias en tiempo real para vehículos hipersónicos de planeo (HGVs) durante la entrada atmosférica, sujeto a restricciones complejas que incluyen límites aerotérmicos, límites de actuadores y zonas de exclusión aérea (NFZs). Para lograr una planificación de trayectorias eficiente y confiable, se propone un marco de programación convexa secuencial adaptativa en dos fases (SCP). La evitación de NFZ se reformula como un objetivo suave para mejorar la viabilidad bajo restricciones geométricas estrictas. En la Fase I, una estrategia de región de confianza en contracción ajusta progresivamente el radio de la región de confianza suave al aumentar el peso de la penalización, suprimiendo efectivamente los errores de linealización. Un método de refinamiento de malla impulsado por sensibilidad luego asigna puntos de colocación en función de su contribución a la función objetivo. La Fase II aplica un refinamiento basado en residuos para reducir los errores de discretización. La trayectoria de referencia resultante se sigue utilizando un regulador cuadrático lineal (LQR) dentro de una arquitectura de guía de seguimiento de trayectoria de referencia (RTTG). Los resultados de simulación demuestran que el método propuesto logra la convergencia en solo unas pocas iteraciones, generando trayectorias de alta fidelidad en 2-3 segundos. En comparación con los solucionadores pseudospectrales, el método logra una aceleración computacional de más de 12 veces mientras mantiene una precisión a nivel de kilómetros. Las pruebas de Monte Carlo bajo incertidumbres confirman una tasa de éxito del 100%, con todas las restricciones satisfechas. Estos resultados validan la robustez, eficiencia y idoneidad del método propuesto para la guía de entrada en tiempo real a bordo en entornos de misión dinámicos.
Descripción
Este documento aborda el problema de generación de trayectorias en tiempo real para vehículos hipersónicos de planeo (HGVs) durante la entrada atmosférica, sujeto a restricciones complejas que incluyen límites aerotérmicos, límites de actuadores y zonas de exclusión aérea (NFZs). Para lograr una planificación de trayectorias eficiente y confiable, se propone un marco de programación convexa secuencial adaptativa en dos fases (SCP). La evitación de NFZ se reformula como un objetivo suave para mejorar la viabilidad bajo restricciones geométricas estrictas. En la Fase I, una estrategia de región de confianza en contracción ajusta progresivamente el radio de la región de confianza suave al aumentar el peso de la penalización, suprimiendo efectivamente los errores de linealización. Un método de refinamiento de malla impulsado por sensibilidad luego asigna puntos de colocación en función de su contribución a la función objetivo. La Fase II aplica un refinamiento basado en residuos para reducir los errores de discretización. La trayectoria de referencia resultante se sigue utilizando un regulador cuadrático lineal (LQR) dentro de una arquitectura de guía de seguimiento de trayectoria de referencia (RTTG). Los resultados de simulación demuestran que el método propuesto logra la convergencia en solo unas pocas iteraciones, generando trayectorias de alta fidelidad en 2-3 segundos. En comparación con los solucionadores pseudospectrales, el método logra una aceleración computacional de más de 12 veces mientras mantiene una precisión a nivel de kilómetros. Las pruebas de Monte Carlo bajo incertidumbres confirman una tasa de éxito del 100%, con todas las restricciones satisfechas. Estos resultados validan la robustez, eficiencia y idoneidad del método propuesto para la guía de entrada en tiempo real a bordo en entornos de misión dinámicos.