高机动旋转导弹鸭式双通道控制研究

对高机动旋转导弹双通道鸭式控制进行了研究。介绍了双通道控制原理,分析了双通道控制的过载能力强,理论上对最低转速无要求,驾驶仪设计复杂度小,利于工程实现等相对单通道控制的优点。讨论了双通道控制考虑两对鸭舵滚转不对称、鸭舵下洗和气动非定常时的气动设计,以及转速设计中零转速、与弹体纵向响应频率和大机动转速变化对控制系统的影响的要点。研究认为高机动旋转导弹采用鸭式双通道控制可行。     

自由滚转尾翼试飞器滚转特性分析

自由滚转尾翼是解决鸭式布局导弹的鸭式舵难以差动兼作副翼进行滚动控制的一种技术途径.为验证某鸭式布局试飞器采用自由滚转尾翼方案的可行性,进行了试飞器的固定尾翼和自由滚转尾翼两种模型的风洞试验.试验结果表明,固定尾翼试飞器,当鸭舵作副翼偏转进行滚控时,在尾翼上会产生很大的诱导滚动力矩,抵消鸭舵的控制力矩,致使鸭舵不能进行滚转控制;滚转尾翼可有效减小诱导滚动力矩,实现通过鸭舵进行全弹滚转控制的目的.     

双通道控制旋转导弹舵面控制律研究

为解决导弹总体设计中亚跨速稳定性和超声速机动性不能兼顾的问题,对双通道控制旋转导弹舵面控制律进行了研究。分析了正弦、Bang-Bang、梯形和饱和正弦等控制律的原理与特点,给出了各自的等效舵偏角及其相应等效控制力的数学模型。采用基于两对舵面配合控制方式,给出了上述4种控制律的统一表示形式。讨论了两对舵配合控制方式的影响及工程可实现性,发现两对舵面相位差固定时,其等效控制力的方向由舵面1的相位决定,大小由其最大舵面偏角和特征函数决定,在工程中易实现;两对舵面相位差可变时,等效控制力的大小和方向需由控制舵1的相位和两对舵的相位差共同决定,考虑的变量更多,设计难度大,舵机系统复杂,难以实现小型化设计。仿真结果表明:采用基于两对舵面配合控制的旋转弹双通道控制方式,通过改变导弹舵面控制律,能有效提高导弹的操纵效率,在保证弹体静稳定性的同时增强导弹的机动能力,有效解决了传统旋转导弹总体设计中两者难以兼顾的难题。     

旋转导弹振荡鸭舵与尾翼远距耦合旋涡干扰实验研究

在高速风洞中对旋转导弹振荡鸭舵与尾翼远距耦合的旋涡干扰特性进行了实验研究。模型由模拟弹身、鸭舵和尾翼组成,其中尾翼有矩形、梯形和三角形三种基本舵面外形。用粒子图像测速(PIV)技术测量了鸭舵尾涡随时间和空间的变化,用快响应压敏涂料(PSP)技术测量尾翼表面的非定常压力分布,用微型六分量气动天平测量尾翼所受的非定常气动力。研究发现:振荡鸭舵尾涡强度沿流向逐渐减弱且旋涡向弹体方向发展;尾翼表面的非定压力分布和气动力与舵面外形和展长相关;展长越长,旋涡影响区越远离翼根,且展长相同时三角舵对尾翼影响最显著。为降低旋涡的干扰,需综合考虑改变旋涡对尾翼的影响区位置和降低旋涡影响强度以进行合理选择。研究结果对降低旋转导弹鸭舵旋涡对尾翼的干扰有重要的参考意义。     

单通道控制的旋转弹锥形运动稳定性研究

锥形运动是旋转弹角运动的基本形式,其稳定性问题一直是旋转弹领域的研究热点。以一对鸭舵作用下的单通道控制旋转弹为研究对象,给出了弹体坐标系下的线性化角运动模型,通过数值仿真,揭示了一对鸭舵带来的气动不对称对其角运动特性的影响规律。利用劳斯判据,给出了解析形式的锥形运动稳定条件,该条件可等效为锥形运动稳定条件下的转速范围,不同转速下的仿真结果证明了该稳定条件的正确性。在相同的转速条件下,正弦式鸭舵的控制频率在慢模态衰减频率附近时,可诱发强烈的共振不稳定。研究结果可为一对鸭舵作用下的旋转弹总体设计及制导控制系统设计提供参考。     

远程弹滚转特性研究综述

论文阐述了鸭式布局的气动特性,分析了国内外的研究现状,总结出克服鸭舵滚转反效的方法。虽然国内外取得的成果在一定程度上可以提高鸭式布局的滚转气动控制性能,但是这些措施不适合远程弹的滚转控制,因此对于远程弹必须另辟蹊径开展新的滚转气动控制特性的研究。最后针对远程弹的滚转控制提出了几点建议。     

导弹质量矩控制技术发展综述

质量矩技术是近年来导弹控制领域研究的热点问题之一。它是通过调整弹体内部活动质 量块的状态来实现导弹机动飞行的。与传统的气动舵控制方式相比,它具有响应快、气动外 形简单、无舵面烧蚀问题等优点,在大气层内高超声速飞行控制领域具有广阔的应用前景。 简述了质量矩技术的原理及应用领域,回顾了导弹质量矩控制技术的发展历程;从总体 布局、动力学建模、控制系统设计等方面综合分析了质量矩技术的研究现状;提出了一些当 前需要解决的难点问题,供相关人员参考。
     

鸭式布局旋转导弹气动特性研究

对鸭式布局旋转导弹气动特性研究进行了综述。介绍了旋转气动特性、鸭式布局气动特性,以及鸭式布局旋转气动特性的研究成果。鸭式布局旋转导弹的流场中包含丰富的涡系结构,其气动特性存在典型的非线性、非定常特点。数值计算和风洞试验表明,纵向气动特性随转速变化不大,用准定常理论可解决旋转弹纵向气动力计算问题;导弹的马格努斯效应随攻角变化呈现非线性变化趋势。定常和非定常数值计算研究表明,鸭式布局前升力面产生的非定常自由涡是影响导弹气动性能的关键。     

旋转控制固定鸭舵的导航初始化与控制算法研究

针对制导迫击炮弹的固定翼鸭舵导航初始化,设计了基于GPS信息的衰减记忆法扩展卡尔曼滤波算法,用于实时求解固定翼鸭舵的气动力合成矢量,然后结合固定翼鸭舵的气动数学模型,设计了固定翼鸭舵的导航初始化算法.并在直流电子负载系统的基础上设计了鸭舵的旋转控制算法,通过仿真试验验证了依靠GPS提供的位置速度信息和鸭舵滚转角速度信息可以快速实现固定翼鸭舵的导航初始化,为旋转控制固定翼鸭舵的工程应用,提供了理论参考.     

直接侧向力控制导弹的自适应模糊变结构末制导律设计

针对采用直接侧向力控制的敏捷性导弹，提出了一种适州于拦截大机动目标的自适应模糊变结构末制导律。由于采用了直接侧向力控制方式，提高导弹末段机动过载和快速响应能力的同时，也使得系统具有高度耦合非线性和参数不确定性。采用所设计的制导律在制导系统中不确定性函数为未知的情况下，利用自适应模糊系统的万能逼近能力以任意精度进行逼近，由此克服了模型小确定性和外界干扰对制导系统的影响。并通过引入目标最大机动加速度自适应算法，使得这种制导律中的变结构项具有变增益能力，能够适应目标各类机动的情况。仿真结果表明，该制导律对大机动目标具有较强的鲁棒性，并对各类机动目标均有较高的制导精度。     

旋转导弹非线性动力学建模方法研究

为解决传统线性建模方法不能准确描述旋转导弹不稳定运动形态的问题,对一种旋转导弹非线性动力学建模方法进行了研究。基于空气动力学作用原理,在全攻角坐标系中建立旋转导弹的六分量气动力的描述。考虑导弹弹体运动描述的直观性,在准弹体坐标系中进行动力学建模,采用偏微分形式对气动力和气动力矩进行表述,通过等效代换获得完整的导弹非线性动力学模型。建模中考虑了静稳定力矩和马格努斯力矩对攻角的气动非线性作用,以及洗流迟滞等气动非定常效应的影响;增加了非线性阻尼的作用和舵偏角速度引起的洗流项;考虑了转速效应的影响,增加了转速对面内力矩和面外力矩的作用项。数值仿真结果表明:根据参数不同,该模型可描述攻角运动收敛、分叉和极限环等运动形态。研究为旋转导弹运动分析提供了数学模型基础。     

有翼导弹的动态稳定性分析

导弹动态稳定性是导弹飞行动力学的重要组成部分。当导弹作高机动飞行时 ,线性理论将不再成立。本文运用非线性动力学理论 ,通过对导弹动力学方程的数值仿真 ,讨论了以导弹控制舵偏角为参数导弹高机动飞行时的非线性动态稳定性 ,并得到了相应的结论 ,为导弹控制系统的设计提供了必要的理论依据     

一种面向固定配平型弹头的螺旋机动控制方法

针对固定配平型弹头过载方向可控但过载大小不可控因而无法同时实现螺旋机动所需纵向/侧向过载的问题,提出一种适用于固定配平型弹头单通道变质心滚转控制模式的螺旋机动控制方法。首先,建立了可直观描述螺旋锥角、螺旋角速度等螺旋机动运动特性的弹目相对运动关系方程。然后,基于螺旋锥角、螺旋运动角速度等螺旋运动状态与弹目视线角速率关系,合理设计螺旋机动指令,保证螺旋机动末端弹目视线角速度收敛到零。最后,采用反演法实现弹头质点运动与滚转姿态运动的制导控制一体化设计,通过一维变质心控制滚转姿态调整法向过载方向,使得过载分量能够控制弹头速度矢量与视线的夹角跟踪设计的螺旋运动锥角指令,而剩余过载分量产生大小不可控但旋转方向不变的螺旋运动角速度,实现螺旋机动弹道的运动特性。数学仿真表明,本文提出的螺旋机动控制方法可实现滚转单通道控制固定配平型弹头的螺旋机动,设计思路直观简单,便于工程应用。     

受输入饱和约束的导弹直接侧向力/气动力

针对受输入饱和约束的直接侧向力与气动力复合控制的导弹,研究其自动驾驶仪设计问题。导弹的执行机构分别是舵机和侧向脉冲发动机。舵机提供的是连续的控制量,而侧向脉冲发动机提供的是离散的控制量。首先采用最优控制方法设计连续的舵控制器。再对设计好舵控回路的新受控弹体,基于含有界干扰项离散饱和系统不变集分析方法进行直接侧向力控制器的设计。设计过程中,充分考虑了舵偏角的饱和非线性因素以及侧向脉冲发动机点火数取整产生的量化误差。最后,利用数值仿真验证了所提出控制方法的有效性。     

导弹直接侧向力机动突防方案设计

针对敌方不同来袭方位的拦截弹,提出了一种可用于导弹末段侧向力机动的突防方案。在建立拦截弹和导弹的相对运动模型基础上给出了脱靶量与视线转率、相对距离和机动加速度的解析表达式。以拦截弹在视线系Z向上的脱靶量达到最大值作为性能指标,对机动发动机开启时刻进行优化确定。同时通过分析机动发动机与Y向舵偏的不同组合方式对导弹的速度增量及交会角的影响,确定机动发动机的推力方向应与气动力方向一致,并使交会角明显减小。仿真结果表明,此方案能使导弹最终落入拦截弹杀伤半径10 m之外,成功实现突防。     

旋转导弹Gurney襟翼尾翼气动特性研究

对某旋转导弹加装Gurney襟翼的尾翼气动特性进行了研究。基于该导弹气动外形,将产生滚转力矩的斜置尾翼改为加装Gurney襟翼的平置尾翼。建立了计算模型,不同外形、马赫数和攻角条件下的数值计算表明:增加Gurney襟翼的尾翼增加了导弹的滚转力矩,同时也增大了阻力,降低了升阻比。合理选择Gurney襟翼的偏折展弦长和偏折角度,可在保证升阻比和全弹压心变化不大的条件下,改善导弹亚跨段转速特性。风洞试验结果验证了数值计算结果的正确性。     

旋转弹制导技术的研究

旋转弹为近程、低空、快速反应的单舰防空导弹,主要拦截、攻击掠海飞行的反舰导弹和高速飞机,旋转弹主要采用红外被动寻的制导,具有操作简单、反射后不管的特点,飞行过程中采用单通道控制模式,用一对舵面和一个舵机来控制导弹飞行。点源红外寻的导引头探测的不是目标实体,而是目标红外辐射的中心,为了使导弹能够精确的击中目标的要害,本文根据旋转弹点源红外寻的导引头的特性,研究了前置偏移比例导引律,并结合某便携导弹进行了仿真,结果表明前置偏移比例导引律能够很好地导引导弹飞向目标,具有较好的精度。     

直/气复合控制导弹的自抗扰控制系统设计研究

提出了一种直/气复合控制导弹的姿态控制系统设计方法。建立有轨控式直接力装置和空气舵导弹的短周期运动模型,基于自抗扰控制技术分别设计俯仰、偏航和滚转通道的姿态控制器,给出了俯仰、偏航和滚转通道的控制结构。俯仰(偏航)通道中用俯仰(偏航)角速度环实现对俯仰(偏航)角速度指令的快速跟踪;用攻角(侧滑角)环实现对攻角(侧滑角)指令的快速跟踪;用法向(侧向)过载环实现对过载指令的快速跟踪。滚转通道中采用了有角速度环和角度环的双闭环结构,内外环均采用自抗扰控制器。设计了直接力开启逻辑。用Lyapunov法证明了设计的闭环系统的稳定性。对用该方法设计的某直/气复合控制导弹模型进行数值仿真,结果表明可保证设计的导弹姿态稳定且具良好的过载响应特性。     

导弹纵向机动飞行鲁棒控制

将非线性无源方法,用于导弹纵向机动飞行控制,并通过H_∞控制器补偿系统的不确定性。此方法设计的控制器,能保证系统的鲁棒稳定性。将此方法用于导弹地形跟踪控制,仿真结果表明,此种方法在导弹纵向机动飞行中控制效果较好。     

一种基于自适应变结构的高超滑翔飞行器控制方法研究

针对高超声速滑翔飞行器的不确定性及强非线性耦合特性,研究了一种自适应变结构姿态控制设计方法。首先建立了高超声速飞行器在滚转通道快速将最大升力面滚转到制导机动方向时姿态控制系统的非线性数学模型,然后将结构干扰力矩、非线性耦合和气动参数摄动等不确定的输入因素视为一类有界干扰,提出了一种自适应变结构控制方法,该法在保证系统闭环稳定的前提下,在线对不确定因素的界进行估计,从而对系统中的不确定因素进行补偿,并选择适当的趋近律,通过符号函数连续化方法来解决由于变结构控制带来的抖振问题,最后进行仿真验证。仿真结果表明该方法具有良好的解耦控制效果,与传统方法相比可有效提高控制系统的控制性能和鲁棒性。