可重复使用运载火箭是近些年来人们研究的热点问题,美国太空探索公司采用垂直回收方法成功回收运载火箭一子级的事例更增加了人们对可重复使用运载火箭的研究兴趣。可重复使用运载火箭的弹道设计和回收制导控制是其关键技术之一,火箭回收过程中主要包括三次点火降速段和一个气动控制段。本文主要针对可重复使用运载火箭的回收气动控制段的相关问题展开研究,主要工作内容如下:(1)介绍了可重复使用运载火箭的研究背景及研究意义、国内外研究现状和本文的主要内容及组织结构。(2)描述运载火箭一子级回收的相关技术。首先介绍了猎鹰9火箭的海上和陆地回收情况,并对海陆回收的区别加以分析;然后叙述了火箭垂直回收的关键性技术,包括冷气推进器技术、栅格舵技术、发动机变推力技术和回收子级软着陆技术等;最后说明了火箭子级回收过程中可能发生的几种故障。(3)分析运载火箭一子级的回收过程。采集火箭回收视频中的运载火箭数据,处理数据并得到运载火箭的速度和高度变化数据;根据运载火箭简化模型通过方程和已知数据解算仿真得出回收子级返回段的弹道特性包括弹道倾角、飞行动压和过载系数;最后得到回收子级在回收气动控制段的飞行参考数据。(4)研究了回收子级在气动控制段的制导控制方案;采用基于超稳定性理论的模型参考自适应控制方法,并对控制系统进行了稳定性设计;搭建了基于Simulink的仿真模块;仿真结果说明了控制方案的可行性。