【摘要】：隨著軍事科技的發(fā)展,“精確打擊”成為了各軍事大國的核心作戰(zhàn)理念。傳統(tǒng)非制導(dǎo)彈藥已無法適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)場對精確打擊的要求,因而常規(guī)彈藥的制導(dǎo)化改造成為了一種發(fā)展方向。安裝固定舵的修正引信由于其低成本、小體積、通用化等優(yōu)點,使其在常規(guī)彈藥的制導(dǎo)化改造中極具優(yōu)勢。本文在國防973計劃項目(613145)、“十三五”裝備預(yù)研項目(0715A)、裝備預(yù)研基金(9140C300305140C30140)和國家自然科學(xué)基金(11402117)的資助下，以安裝固定舵修正引信的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定二維彈道修正彈為研究對象,對多剛體動力學(xué)建模、線性和非線性動力學(xué)特性分析、制導(dǎo)方法設(shè)計等理論與技術(shù)問題展開分析和研究,主要研究內(nèi)容如下:(1)根據(jù)二維彈道修正彈的氣動布局和運動特點,基于動量定理和動量矩定理建立了平面地表下彈丸七自由度彈道模型。分析了有風(fēng)條件下作用在彈丸上的氣動力和氣動力矩。利用建立的運動方程進行了無控飛行、開環(huán)有控飛行及修正能力仿真分析,對該類彈丸的彈道特性有了初步的了解。(2)基于Kane方法建立了計及地表曲面、重力加速度大小和方向變化的橢球地表彈道模型。首先給出了基于Kane方法建立一般樹形多剛體系統(tǒng)動力學(xué)方程的方法。然后分析了彈體和固定舵的運動,并分別建立了二者的動力學(xué)方程,綜合得到了彈丸七自由度飛行動力學(xué)方程。基于四元數(shù)轉(zhuǎn)換,建立了彈丸轉(zhuǎn)動的運動學(xué)方程。最后仿真分析了平原和高原條件下,兩種彈道模型的射程計算差異。(3)研究了二維彈道修正彈線性穩(wěn)定性問題。首先建立了二維彈道修正彈復(fù)攻角運動方程,并討論了方程解的形式。通過計算固定舵勻速轉(zhuǎn)動時攻角的強迫運動解,討論了無控飛行時的共振條件。推導(dǎo)了階躍激勵時,攻角的瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)解析解,得到了有控飛行時的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)攻角限制條件。通過推導(dǎo)有控時平均速度偏角的解析解,導(dǎo)出了平均偏角的幅值和相位角與固定舵參數(shù)的關(guān)系。此外,提出了前置角的概念,為基于速度方向修正的彈道跟蹤制導(dǎo)方法研究奠定了基礎(chǔ)。(4)研究了二維彈道修正彈非線性穩(wěn)定性問題。首先推導(dǎo)了二維彈道修正彈非線性角運動方程,并討論了彈丸非線性氣動力的描述模型。其次推導(dǎo)了基于中心流形定理和規(guī)范形理論研究非線性角運動Hopf分岔的分析方法。并用該方法計算了非線性靜力矩、非線性赤道阻尼力矩、非線性馬格努斯力矩作用下,彈丸自由運動的Hopf分岔特性,得到了非線性角運動的分岔圖和極限環(huán)。然后研究了通過Poincare映射分析彈丸在固定舵作用下強迫運動特性的方法。該方法通過Poincare映射預(yù)示角運動周期解的變化,利用推廣的打靶法計算周期解的幅值和周期,結(jié)合Floquet理論分析了周期解的穩(wěn)定性。通過該方法計算了非線性馬格努斯力矩對彈丸強迫運動的影響。最后基于數(shù)值延拓算法計算分析了有控時,非線性馬格努斯力矩對角運動平衡解的影響。(5)提出了一種基于速度方向修正的二維彈道修正彈方案彈道跟蹤制導(dǎo)方法。該方法通過對平均偏角方向的修正,來實現(xiàn)對方案彈道的跟蹤。首先推導(dǎo)了方案彈道模型及制導(dǎo)指令生成模型,并結(jié)合第4章計算出的前置角給出了固定舵滾轉(zhuǎn)角的計算公式。然后研究了在方案彈道偏差較大時,通過落點預(yù)測在線生成方案彈道的方法。最后仿真分析了該方法在兩個射角下對方案彈道的跟蹤效果。仿真結(jié)果表明,小射角射擊時,可在全彈道采用速度方向修正來跟蹤方案彈道。大射角射擊時,可在降弧段生成方案彈道,再通過速度方向修正來跟蹤該方案彈道。(6)提出了一種二維彈道修正彈的落點預(yù)測制導(dǎo)方法。該方法通過兩次落點預(yù)測修正一次彈道:第一次無控落點預(yù)測得到目標(biāo)點與實際落點的偏差方位角,第二次有控落點預(yù)測得到落點修正量的相位角相對于固定舵滾轉(zhuǎn)角的前置角,通過兩次落點預(yù)測得到修正落點偏差所需的固定舵滾轉(zhuǎn)角。仿真結(jié)果表明,落點預(yù)測制導(dǎo)具有較好的落點修正效果,考慮到預(yù)測的實時性,落點預(yù)測制導(dǎo)可在降弧段使用。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TJ410
【圖文】：

博士論文邐旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定二維彈道修正彈彈道特性分析與制導(dǎo)方法研究逡逑考面積為；ｒ，／４邋＝邋０．０１８８７ｍ２，參考長度為彈長／邋＝邋0．９ｍ。為了計算彈丸基本氣動特性、逡逑導(dǎo)轉(zhuǎn)舵氣動特性和控制舵氣動特性，分別生成了三套網(wǎng)格。第一套為０度導(dǎo)轉(zhuǎn)舵，０度逡逑控制舵時的網(wǎng)格，用于計算全彈的氣動系數(shù)。第二套為導(dǎo)轉(zhuǎn)舵有固定安裝角，０度控制逡逑舵面時的網(wǎng)格，用于計算導(dǎo)轉(zhuǎn)舵的氣動系數(shù)。第三套為０度導(dǎo)轉(zhuǎn)舵，控制舵有固定安裝逡逑角時的網(wǎng)格，用于計算控制舵的氣動系數(shù)。得到了導(dǎo)轉(zhuǎn)舵和控制舵的氣動系數(shù)以后，除逡逑以舵偏角的度數(shù)，便可得到這些氣動系數(shù)對舵偏角的導(dǎo)數(shù)，這對固定舵的設(shè)計是很有用逡逑的。圖２．２為全彈表面網(wǎng)格，圖２．３為引信表面網(wǎng)格。圖２．４和圖２．５為Ａｆｏ＝２．０、厶＝５°逡逑工況下的速度云圖和壓力云圖。邐逡逑

彈丸靜力矩系數(shù)導(dǎo)數(shù)

固定舵升力系數(shù)對舵偏角的導(dǎo)數(shù)

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本文編號：2770200