A Rapid Penetration Trajectory Optimization Method for Hypersonic Vehicles

高超音速 渗透(战争) 轨迹优化 线性化 计算机科学 控制理论(社会学) 序列二次规划 非线性系统 航空航天工程 最优控制 数学优化 工程类 二次规划 数学 物理 控制(管理) 运筹学 人工智能 量子力学
作者
Binbin Yan,Ruifan Liu,Pei Dai,Muzeng Xing,Shuangxi Liu
出处
期刊:International Journal of Aerospace Engineering [Hindawi Publishing Corporation]
卷期号:2019: 1-11 被引量:17
标识
DOI:10.1155/2019/1490342
摘要

The evasion maneuver problem of hypersonic vehicles differs from those of ballistic missiles and other traditional weapons, showing distinctive properties including expansive maneuver range and weak maneuverability. How to avoid the disadvantage of low available overload and ensure follow-up tasks are the main concerns of the hypersonic penetration. This paper presents a penetration trajectory optimization algorithm for an air-breathing hypersonic vehicle, where the prerequisite penetration condition is analyzed and control costs are chosen as an objective function to minimize the fuel consumption and maneuver range. This paper focuses on how to formulate the complex, highly constrained nonconvex penetration problem to be a sequence of easily solved second-order cone programming through a combination of successive linearization and relaxation techniques. Innovation lies in the raising of the penetration angle and the relaxation technique of nonlinear and nonconvex elements. Various numerical simulations are conducted to verify the validity of penetration condition and to demonstrate that the proposed method is effective and has a good computational performance irrespective of initial guesses.

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