飞行器变质心控制及性能分析

在合理简化基础上,推导了滑块运动与飞行器姿态角运动之间的关系,分析了配平攻角产生机理及条件;同时还深入分析了轴向位置、横向偏移量、质量比等滑块结构参数对配平攻角的影响;以及不同配平条件下弹道落点偏差情况。结果表明,气动阻力与系统质心偏移弹体纵轴是产生配平攻角两个必要因素,系统静稳定是产生配平攻角的前提条件;轴向位置决定了系统静稳定裕度,与配平攻角呈反比关系;横向偏移量改变控制力矩的力臂,与配平攻角呈正比关系;质量比对力臂和系统静稳定裕度均有影响,与配平攻角呈线性或非线性正比关系;变质心控制能力主要体现在低空段。     

基于变质心控制方式的再入弹头控制模式研究

弹头变质心机动控制是通过移动弹头的质心位置,利用气动配平力矩改变弹头的飞行姿态和攻角,从而可实现弹头机动控制。本文在推导变质心弹头的动力学方程的基础上,通过分析其方程组的特点并结合弹头再入过程中的气动、速度等参数变化规律,给出了变质心弹头再入过程中宜采用的控制模式,为变质心弹头控制律的设计提供了理论参考。     

基于变质心控制导弹的运动分析

导弹变质心机动控制通过改变弹头的质心,利用气动配平力矩改变弹头飞行姿态和攻角,从而实现导弹机动控制.本文首次详细推导了基于变质心控制导弹的空间六自由度的动力学方程,并建立了一套完整的仿真系统,针对导弹在垂直平面内运动情况进行仿真,为深入探讨变质心控制弹头的控制机理奠定基础.     

单滑块与飞轮协同姿态控制卫星运动分析

为了明确单滑块变质心卫星的控制机理,建立了包含单滑块与3个飞轮在内的7自由度卫星姿态动力学模型。在此基础上,分析讨论了其运动特性以及动力学系统的特点,采用最小二乘方法反向求解出滑块运动对卫星姿态的影响,为控制器根据姿态机动指令计算滑块需求运动距离,提供了一种工程上可行的方法。最后对比变质心机构与飞轮的协同控制与单独采用飞轮控制两种控制方案的效果,突出了变质心机构与飞轮协同控制的优越性。仿真结果表明:单滑块变质心卫星在卫星姿态机动过程中能快速响应。本文为单滑块变质心卫星的工程实践,提供了一些理论参考。     

基于布局优化的飞行器变质心控制性能研究

研究了变质心再入飞行器的控制性能。对力矩的分析发现活动质量体配置于弹体质心处能降低相对运动对飞行器的影响,且飞行器三通道间的动力学耦合也将减轻。将活动质量体配置在弹体质心以优化变质心控制结构布局,并设计姿态控制律,比较了布局优化和未优化的姿态响应和滑块运动。结果表明:采用布局优化不仅能提高变质心控制的操纵性,改善姿态响应的动态品质,而且滑块的运动品质也得以改进。     

质量矩控制飞行器的压心不确定性问题研究

为了减小压心不确定性对质量矩控制的影响,提高活动质量块对系统的控制能力,本文推导了飞行器姿态配平角与压心偏差的关系,分析了压心系数偏差对飞行器控制性能的影响,给出了压心最大容许偏差范围的解析表达式,然后针对压心偏差对飞行器的影响进行了仿真计算,并在此基础上分析了压心测量偏差对质量矩控制飞行器总体参数的要求,提出了几种减小压心不确定性对飞行器控制性能影响的结构布局优化方法。结果表明:对于静稳定导弹,将径向滑块的滑道配置在飞行器的前鼻部,根据任务指标合理地设计各滑块的偏移量等措施都可以减小压心不确定性对质量矩控制的影响。     

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。     

弹道式再入飞行器以配平攻角状态返回的轨道计算原理及相应的控制要求

弹道式再入飞行器一般为轴对称旋成体,但其质心可以偏离对称轴。我们称通过飞行器质心和对称轴的平面为飞行器的对称面。这种飞行器以配平攻角状态返回时,不仅要求其相对于地球的飞行速度矢量平行于飞行器的对称面、飞行攻角恰等于配平攻角,而且要求其相对于质心的转动角速度矢量垂直于飞行器的对称面,能使飞行器的姿态跟随飞行速度矢量的改变。基于上述考虑,本文给出了这种飞行器以配平攻角状态返回的轨道计算原理及相应的控制要求。     

一种运载火箭减载控制工程方法

为降低运载火箭飞行中的气动载荷，在改进弹道模型的基础上，提出了一种用实时补偿对实时气流攻角和侧滑进行反馈控制的方法。研究了工程上用实时视加速度与姿态角偏差近似获得实时攻角和侧滑角的方法，并给出了控制模型。仿真结果表明，该方法能有效降低火箭的qα值，且对关机点参数的影响不大。     

滚控式变质心飞行器动力学特性分析与控制

为明确滚控式变质心飞行器的控制机理，为其工程实践提供相应的理论参考，建立包含滑块运动的滚控式变质心飞行器七自由度完整动力学模型，并分析讨论其运动特性以及动力学系统的特点。其次结合频域分析法对滑块运动与载体姿态运动之间的耦合影响以及动态响应过程进行分析研究，揭示了滚控式飞行器的控制机理。同时针对其通道间的耦合效应以及执行机构参数设置对控制能力的影响分析提出了对飞行器结构设计和控制系统设计的相关要求，为滚控式变质心飞行器的工程实践提供一些理论参考。