低旋鸭式弹道修正火箭弹控制力与控制方法研究

针对单通道鸭式弹道修正火箭弹,分析了控制力的产生原理,提出了一种新的舵偏控制方法。简述了弹道修正火箭弹的系统组成和工作原理;根据弹体滚转特性,采用周期平均法确定了弹体在俯仰通道和偏航通道的控制分量;基于周期平均力产生的原理,确定舵机换向的次数、换向相位的选择方法,提出了零位过渡的舵偏控制方法,减小舵机瞬时偏转带来的扰动和对稳定性的影响;对比修正能力,采用正弦舵偏控制方法,确定了控制力的最终算法。最后,通过半实物仿真试验验证,表明正弦舵偏控制方法具有很好的可行性和有效性,能够实现良好的响应速度和控制精度,为后续的制导控制设计提供了有效的理论和技术支持。     

制导火箭弹起控时间对规划弹道的影响

以制导火箭弹飞行过程中能量损失最小为代价函数,利用高斯伪谱法构建最优控制模型,在弹箭中制导阶段寻找最优性能指标下的规划弹道,分析弹道规划起始时间对火箭弹末速的影响,得到各弹道诸元随不同起始规划时刻变化的曲线图。仿真结果表明:弹道规划起控时间对中制导阶段弹箭末速影响比较明显,最大可使其减少11%左右,与靶场初步试验结果相吻合。     

弹道修正执行机构综述

二维弹道修正弹是一种低成本、高精度的精确打击弹药,修正机构是弹道修正弹上的重要部件,其性能决定了弹丸的弹道修正能力。针对弹道的二维修正需求,介绍了国内外对二维弹道修正弹修正机构的研究状况;列举了应用在二维弹道修正弹上不同类型的修正机构;阐述了不同类型修正机构的工作原理、特点以及各自的局限性。最后,对不同类型修正机构特性进行了比较,给出了相关技术指标,对比了各自的优缺点。阐述了选择和设计执行机构应注意的问题。     

基于落点预测的高旋火箭弹弹道修正算法

高旋火箭弹的修正控制是基于等效力实现的二维弹道修正控制，由于弹体存在陀螺进动和马格努斯效应，在控制力作用下产生的附加攻角引起的升力与控制力的矢量合为等效力，其大小与方向在控制过程中不断变化，不能简单根据偏差量（修正量）的比例关系来确定控制力的方向。基于此，分析了控制力与等效力的关系，提出了一种基于弹道落点预测的控制算法。首先利用弹道落点预测模型实时预测落点与目标的偏差量，然后利用小扰动法构造偏差量对控制量的敏感系数矩阵，通过偏差量与敏感系数矩阵解算出纵、横两个方向的需用控制量。采用修正前后速度矢量的位置关系得到控制量的合矢量及其方位角，并利用控制量的合矢量与等效力计算出控制周期，在控制周期内按照等效力方位角调整控制力的方向实现对高旋火箭弹的精确控制，解决了非线性耦合问题。仿真结果表明该算法具有较高的控制精度，为工程应用提供理论依据。     

脉冲推力作用下的火箭弹扰动运动分析

小型脉冲火箭发动机是中小口径制导火箭弹主要的控制执行机构,其特点是尺寸厘米级、工作时间毫秒级,利用它可以在控制系统的控制下改变火箭弹的飞行方向,达到弹道修正的目的。本文就是利用火箭外弹道原理,通过大量计算分析,研究在脉冲发动机推力作用下火箭弹的摆动运动规律,分析结果为小型脉冲火箭弹的脉冲控制设计提供了一定的依据。     

基于周期平均的固定翼双旋弹弹道修正方法

针对一种滚转稳定的固定翼双旋弹,提出了一种平均控制力大小可调节的弹道修正方法,并据此设计了该弹的制导与控制方法。根据固定翼双旋弹的高速旋转特性,在对其角运动方程进行简化后进行角运动分析,得到了弹体的合法向力与固定鸭舵偏转角度之间的关系,然后基于周期平均的概念提出了一种弹道修正组件以不同转速、不同振幅旋转以产生大小可控平均法向力的弹道修正方法,并通过六自由度弹道仿真验证了此方法的可行性。分析结果表明,相比于弹道修正组件固定的传统弹道修正方法,这种新型的弹道修正方法可以通过连续地控制平均法向力的大小和方向,实现固定翼双旋弹的制导与控制,消除弹道偏差,提高命中精度。     

自旋火箭弹固体火箭发动机推力偏差及初温对射程和横偏影响

采用火箭弹６Ｄ弹道仿真软件,就推力偏斜和横移对火箭弹射程和横偏的影响规律进行了仿真计算,得到推力偏斜和横移对火箭弹射程和横偏的影响规律。此外就固体火箭发动机装药初温对发动机推力及火箭弹外弹道性能的影响,分析了装药初温对火箭弹射程的影响规律。     

火箭弹垂直发射动力学建模与仿真

首先建立了火箭弹垂直发射的弹道模型,然后研究了升阻比、弹道倾角等参数的变化对火箭弹射程的影响,并分别对这两种情况进行了仿真。仿真结果表明,滑翔飞行时,在一定程度上增大了升阻比,有助于增大火箭弹的射程;另外在转弯结束时,弹道倾角的变化对火箭弹射程也有一定影响。     

面-面火箭弹增程与突防研究

阐述了面-火箭弹增程及突防设计原理,建立了导弹弹道仿真模型.通过飞行数值仿真比较了常规火箭弹和滑翔增程导弹的弹道特性,验证了面一面火箭弹通过滑翔增程的可行性.重点研究了滑翔增程弹分导式多弹头突防的可行性及分弹头弹道特性,并分析了该突防方案的突防概率,对今后面-面战术导弹研究有着重要的意义.     

基于单纯形优化算法的火箭弹增程研究

针对火箭弹增程问题,提出了以攻角为优化变量的实时优化方法.基于制导弹药的纵向平面模型,建立了制导火箭弹弹道模型,采用改进单纯形优化算法在SIMULINK中实现了函数子模块优化,对某型制导火箭弹弹道进行实时优化仿真.结果表明:采用改进单纯形的攻角实时优化,可以在保证火箭弹飞行稳定性的前提下有效增加火箭弹射程,且增程率达到...     

三轴承偏转喷管驱动力矩计算及动态特性分析

基于三轴承偏转喷管（3BSN）运动规律模型及给定的三轴承偏转喷管偏转规律,建立三轴承偏转喷管各段旋转喷管的驱动力矩计算模型.分别对3段旋转喷管进行了受力分析,得出了喷管重力及燃气气动力对各段喷管旋转瞬轴的力矩随喷管偏转角度的变化规律.改变喷管可实现最大偏转角度及第2,3段喷管长度得出了喷管几何参数对各段喷管旋转瞬轴力矩的影响.第2,3段喷管气动力对喷管旋转瞬轴的最大力矩随喷管可实现最大偏转角度的增大而增大,且位置发生在最大偏转角度的约70%角度位置.第2,3段喷管气动力对喷管旋转瞬轴的力矩随第2,3段喷管长度的增加而增大.     

电控旋翼气动特性建模与风洞试验验证

首先建立了带襟翼翼型的非定常气动力模型,继而基于Peters-He广义动态尾迹理论,考虑襟翼偏转对电控旋翼叶素环境的影响,建立了电控旋翼有限状态尾迹模型;进一步基于Theodorsen理论推导出电控旋翼桨叶挥舞响应与桨叶变距和襟翼操纵量的关系,综合以上建立了电控旋翼气动特性分析模型.以改进型电控旋翼试验系统为平台进行了风洞试验,测量了不同风速、不同襟翼操纵条件下的电控旋翼气动力、桨距、襟翼偏角及旋翼挥舞角的变化情况.理论计算结果与试验数据符合情况良好,验证了所建立的分析模型的正确性,并得出以下结论:旋翼转速一定时,桨叶变距与襟翼操纵基本呈线性关系;旋翼拉力随襟翼总距的增加而逐渐减小,襟翼总距较大时,其实际气动效率略有下降;前飞状态时,襟翼总距操纵会引起桨叶的纵向周期变距.      

矢量喷管推力特性的风洞试验技术

该试验技术的研究包括喷流模拟器的研制、地面校准系统的研制、喷管天平数据修正方法研究以及风洞验证试验。研制的喷流模拟器内置喷管推力测量天平,设计了地面推力特性试验校准架,建立了地面试验系统。分析了影响喷管天平测量结果的附加刚度效应、压力效应和流动效应3个主要因素,通过地面校准架建立了相应的测量数据修正方法。针对特定喷管,开展了0°、5°、10°和15°四个偏转角度的喷管,在不同落压比下的推力和矢量角地面验证试验研究。进一步将喷流模拟器和喷管安装在模型上,在中国空气动力研究与发展中心的8m×6m低速风洞开展了落压比为3时的模型纵向气动特性试验研究。研究结果表明:以喷流模拟器为核心的喷管推力特性试验技术能够在地面和风洞试验中有效测量矢量喷管的推力大小、矢量角大小和对飞行器气动特性的影响量。从测量结果来看,落压比为2时,有效推力偏角最大,实际偏角为10°时的有效偏角可以增加3°。喷管偏转10°时,推力对模型的气动力影响最大,其中升力系数可以增加0.066。      

旋转状态下气膜偏转特性的实验

基于一个平板叶片模型对旋转状态下气膜冷却轨迹的偏转规律进行了研究,提出采用一个主流径向压力梯度与冷气所受惯性力之比的无量纲数Φ来评价气膜的偏转规律,并通过实验手段验证了这一理论,得出了此无量纲数与气膜偏转角度的关系.实验利用热色液晶测温技术对叶片表面的二维温度场进行测量,并采用无线旋转拍照系统对旋转坐标系中的图像信号加以采集.实验结果表明气膜沿径向偏转角度随Φ增大而减小.      

基于横向二次射流的水下推力矢量方法

提出一种基于横向二次射流的水下推力矢量技术,通过二次射流的横向速度场诱导主流发生偏转,建立了推力矢量偏角与流速偏角的数学关系,证明了通过主流偏转实现推力矢量偏转的有效性。通过数值计算方法分析了不同二次射流深度、不同二次射流/主流体积比及不同二次射流/主流速度比条件下主流偏转角度变化。结果显示:随着二次射流深度的增加,主流受到壁面阻碍作用增强,因而偏转角度减小。随着二次射流/主流体积比的减小,出口负压区所占比例减小,主流偏转角度增加,且当体积比减小到一定值后,负压影响可以忽略,主流不再随体积比而变化。主流偏转角度随速度比增加而增加,且在速度比一定的条件下,速度数值的变化对主流偏转没有影响。设计了一种主流为圆形射流的水下矢量推进器,对其数值分析结果揭示:当位于射流中剖面同侧的二次射流全部作动时,主流可以取得最大的偏转角度,且主流的偏转方向可以通过使不同的二次射流组合处于作动状态进行控制。      

钻地弹斜侵彻混凝土靶的工程计算模型

为了研究侵彻过程中钻地弹受力不对称性下的运动轨迹,结合动力学基本方程和经典空腔膨胀理论,基于层裂机理,建立了具有倾角和攻角相结合的卵形弹侵彻混凝土的工程模型。利用该模型得到了弹体头部运动轨迹与倾角、攻角以及速度的关系,结果表明侵彻深度随着倾角的增大而明显减小,弹体头部运动轨迹的弯曲弧度也越大;攻角越大,产生的偏转力矩越大。对工程模型进行试验验证,结果吻合较好,该模型能够有效地反映出斜侵彻过程的主要特征,进而说明该模型的适用性与合理性。     

Attitude Head Pursuit Transition Guidance Law

As an improved guidance method, the attitude head pursuit guidance (AHPG) law enables the attitude pursuit guidance (APG) law to be more suited to transition guidance of air-to-ground missiles. By adding a head angle into the attitude angle of APG, AHPG directs the missile axis onto the line of sight (LOS). The maximum range trajectory simulation shows that the elevator deflection angle reaches the saturated value of 10° at the outset and the impact angle is less than 60° when APG is used as transition guidance law. However, the elevator deflection angle on the whole trajectory is reduced to under 5° and the impact angle increased to over 60° when AHPG is used. The formulae to calculate head angles are derived for different target distributions. The simulation of multiple trajectories shows that with the help of the formulae based on AHPG law, the same performance could be achieved.     

伞翼无人机精确建模与控制

前缘切口以及后缘下偏是影响伞衣气动力计算的关键因素。为实现伞翼无人机（UAV）的精确控制，从提高翼伞系统动力学模型的精度入手，在升力线理论的基础上，基于计算流体动力学方法，综合考虑前缘切口以及后缘下偏的影响，计算了不同切口尺寸模型的升力、阻力系数。利用最小二乘法辨识了升力、阻力系数与迎角、切口尺寸以及下偏量的关系，实现了翼伞气动力的精确计算，改进了伞翼无人机的六自由度动力学模型。对改进的动力学模型进行轨迹跟踪控制的仿真，通过与空投试验数据的对比，验证了改进翼伞系统动力学模型方法的准确性，对于伞翼无人机的仿真和控制器设计具有重要意义。