【摘要】:二維彈道修正是彈藥技術(shù)的重要發(fā)展方向,對(duì)于提高彈丸射擊精度、降低附帶毀傷、減少?gòu)椝幭摹p輕戰(zhàn)時(shí)后勤保障具有重要意義。本文以配有十字布局固定偏角鴨舵二維彈道修正引信的中大口徑旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定彈為背景,開(kāi)展施控條件下彈丸六自由度運(yùn)動(dòng)建模、彈道響應(yīng)特性分析、彈丸飛行穩(wěn)定性分析、彈丸落點(diǎn)預(yù)測(cè)和彈道修正控制律研究。具體內(nèi)容如下:(1)針對(duì)十字布局固定偏角鴨舵控制下的彈丸運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),建立了施控條件下彈丸六自由度剛體彈道方程。以155mm底凹彈為例,進(jìn)行了無(wú)控和鴨舵開(kāi)環(huán)控制條件下的彈道仿真。研究并給出了鴨舵修正力與彈丸落點(diǎn)修正距離、以及彈丸落點(diǎn)修正方向與鴨舵滾轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。(2)針對(duì)高旋轉(zhuǎn)、高發(fā)射過(guò)載條件下彈丸姿態(tài)難以測(cè)量,以及彈丸六自由度剛體彈道方程難以在彈上實(shí)時(shí)解算的問(wèn)題,首先采用“小擾動(dòng)”方法將彈丸六自由度剛體彈道方程線性化,進(jìn)而利用“凍結(jié)系數(shù)法”獲得“較短時(shí)間后”簡(jiǎn)化的彈道響應(yīng)解析表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上,提出一種不依賴彈丸俯仰、偏航姿態(tài)信息,利用彈道位置偏差和轉(zhuǎn)速得到鴨舵滾轉(zhuǎn)角的方法。仿真表明,采用簡(jiǎn)化的彈道響應(yīng)解析表達(dá)式計(jì)算得到的滾轉(zhuǎn)角,相對(duì)六自由度運(yùn)動(dòng)模型的數(shù)值計(jì)算結(jié)果,相對(duì)誤差在5°之內(nèi),同時(shí)降低了計(jì)算量。(3)飛行穩(wěn)定是彈道修正的前提。在研究彈丸角運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上,給出了彈丸在施控條件下的陀螺穩(wěn)定性、動(dòng)穩(wěn)定性和跟隨穩(wěn)定性條件。采用基于Missile DATCOM的快速氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法,結(jié)合穩(wěn)定性條件,設(shè)計(jì)了適用于中大口徑旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定彈的十字布局固定偏角鴨舵引信外形,并進(jìn)行了流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值計(jì)算及風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上,對(duì)修正彈的氣動(dòng)特性和修正能力進(jìn)行了研究。仿真結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的彈道修正引信氣動(dòng)外形,縱向修正能力不小于射程的2.3%、橫向修正能力不小于射程的7.9%,且滿足飛行穩(wěn)定性條件。(4)針對(duì)基于修正質(zhì)點(diǎn)彈道(MPM)模型的落點(diǎn)預(yù)測(cè),在大射角條件下解算誤差過(guò)大的問(wèn)題,分析了MPM模型的誤差產(chǎn)生機(jī)理,提出了利用攻角誤差補(bǔ)償提高M(jìn)PM模型落點(diǎn)預(yù)測(cè)精度的方法。設(shè)計(jì)了擴(kuò)展卡爾曼濾波器,采用最優(yōu)估計(jì)理論獲取彈道參數(shù)和誤差補(bǔ)償系數(shù)的估計(jì)值,并進(jìn)行了半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,在最大射程條件下,采用誤差補(bǔ)償MPM模型后落點(diǎn)解算誤差得到降低,特別是過(guò)頂點(diǎn)后的落點(diǎn)誤差在20m以內(nèi)。發(fā)射后32s滿足落點(diǎn)預(yù)測(cè)縱向誤差≯48m,橫向誤差≯15m的精度要求。(5)在鴨舵修正機(jī)構(gòu)和彈體響應(yīng)延遲的分析的基礎(chǔ)上,提出了根據(jù)彈道響應(yīng)時(shí)間確定修正間隔的方法。通過(guò)對(duì)比例修正運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究獲得修正約束條件。在此基礎(chǔ)上提出了落點(diǎn)預(yù)測(cè)和比例修正的聯(lián)合修正律。以155mm底凹彈為例,分別采用落點(diǎn)預(yù)測(cè)修正律、模板彈道修正律和聯(lián)合修正律,進(jìn)行了理想條件下的閉環(huán)控制彈道仿真和實(shí)際氣象條件下的蒙特卡洛仿真實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,無(wú)控彈落點(diǎn)散布圓概率誤差為353.4m,聯(lián)合修正律的落點(diǎn)散布圓概率誤差為36.6m,優(yōu)于落點(diǎn)預(yù)測(cè)的49.7m和模板彈道修正律的193.3m。
【學(xué)位授予單位】:北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2016
【分類號(hào)】:TJ410
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本文編號(hào):
2709124
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