發(fā)布時間：2020-07-12 10:56

【摘要】：為了提高導彈的飛行速度、增加導彈射程、提升導彈的機動性和對目標的精確打擊性,現(xiàn)在的導彈結(jié)構(gòu)的長徑比變得越來越大。伴著長徑比的增大,導彈的柔性變大,顫振等共振現(xiàn)象就更容易發(fā)生,低頻顫振成為了人們不得不去注意的問題。導彈的低頻顫振是由于彈體受到激勵時,前兩階模態(tài)發(fā)生共振所產(chǎn)生的低頻率的大位移振動。而研究顫振問題就是研究導彈系統(tǒng)的動力學問題。本文首先對動力學分析的基本理論和特點進行了闡述,對結(jié)構(gòu)動力學響應(yīng)分析的頻域數(shù)值解法進行了介紹,并著重介紹了用傳遞函數(shù)法解飛行器的動力響應(yīng)問題。之后忽略氣動外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響,將導彈簡化成梁模型。采用編程數(shù)值計算與有限元軟件仿真,對導彈簡化梁模型進行模態(tài)分析及動力響應(yīng)分析。應(yīng)用MATLAB進行編程,得到了數(shù)值計算結(jié)果,并與有限元軟件分析結(jié)果進行了比對,驗證了數(shù)值方法的有效性與正確性。本文還重點考慮了長徑比對導彈顫振的影響,在模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析中,分別針對不同長徑比導彈簡化梁模型進行了計算,得到了相應(yīng)的結(jié)果并進行分析。發(fā)現(xiàn)導彈的長徑比越大,越容易產(chǎn)生低頻顫振,且振動幅值越大,導彈更容易產(chǎn)生破壞。文中提出了一種顫振抑制方法:當導彈產(chǎn)生低頻顫振的時候,在導彈內(nèi)部施加一個高頻激勵,增加導彈的能量,使導彈避開低階頻率的大位移振動,在高階頻率處產(chǎn)生高頻的小位移振動,這樣就避免了顫振破壞。通過理論推導和數(shù)值計算及有限元仿真,驗證了該方法的有效性。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TJ760
【圖文】：

結(jié)合當前世界上一些主流的現(xiàn)役大長徑比導彈（圖1-1，美國的響尾蛇導彈長徑比 23.8），整理如表 1-1。從表可以看出很多導彈的長徑比已經(jīng)很大，其中很多已經(jīng)超過了 20。圖 1-1 響尾蛇導彈超音速導彈具有細長體氣動布局設(shè)計，并大量采用輕量化復(fù)合材料和薄壁結(jié)構(gòu)設(shè)計，導致超音速導彈在飛行過程中動力學容易與其控制系統(tǒng)在寬頻率范圍內(nèi)發(fā)生明顯的交叉耦合。其特殊的氣動外形、推動布局和輕質(zhì)結(jié)構(gòu)使得其彈體結(jié)構(gòu)固有頻率降低，并具有明顯的彈性效應(yīng)[4]。在飛行過程中，高馬赫數(shù)飛行時惡劣的力載荷和熱環(huán)境引起氣動加熱進一步弱化了彈體彈性運動模態(tài)與剛體運動模態(tài)之間的頻帶分離特性，使得彈體結(jié)構(gòu)剛度進一步下降，使得彈體變形加劇，在氣動載荷作用下，極易引起彈體的低頻顫振[5]。這種低頻顫振不僅對超聲速導彈控制系統(tǒng)的控制精度產(chǎn)生較大的影響，致使導彈失穩(wěn)

的振動特性和響應(yīng)分析方法與特點，以保證飛行器具有足夠的壽命。的飛行器為飛行狀態(tài)下的導彈，由于其具有大長徑梁來進行振動分析及響應(yīng)分析。本章將介紹梁的振理論，之后用 Gram-Schmidt 方法構(gòu)造出正交多項界條件情況下，得到梁的振型函數(shù)，進而運用瑞動方程，得到固有頻率。由于后文將要進行導彈的的掃頻屬于頻域分析法，因此在本章還介紹了頻域行器動態(tài)響應(yīng)的基本理論。法解飛行器動態(tài)響應(yīng)的基本概念示為一個經(jīng)典的輸入、輸出系統(tǒng)示意圖，輸入g 。

ImarctanReH jH j (2-1這個式子反映出，因為阻尼的存在使得系統(tǒng)的響應(yīng)與輸入激勵所產(chǎn)生的相位H 和 都是 的函數(shù)，幅頻特性用 H 曲線表征，相頻特性用 曲線表征。這兩個式子共同展示出確定的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的響應(yīng)特性的兩個側(cè)面即幅值化與相位移動。眾多響應(yīng)分析方法中，傳遞函數(shù)法的優(yōu)點是：傳遞函數(shù)的確定與輸入的勵函數(shù)的形式?jīng)]有關(guān)系。所以，一般情況為了方便計算會選取一些很簡單的勵形式來確定出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，之后用這個傳遞函數(shù)就能得到在不同形式輸入函數(shù)作用下的系統(tǒng)動響應(yīng)。2.2.2.1 傳遞矩陣法響應(yīng)傳遞的物理實質(zhì)上也就是狀態(tài)變量的傳遞。所以，我們可以求解固有特性的傳遞矩陣法與頻響傳遞函數(shù)相結(jié)合，用于求解動態(tài)響應(yīng)，下面以簡諧勵為例進行簡述。

本文編號：2751845