动能拦截器结构动力学分析及控制策略研究

发布时间：2020-07-11 07:30

【摘要】：军事航天技术的发展,使得我国面临的空间威胁日益增大。研究和发展能够打击敌方空间目标存在的反空间武器是国家战略防空防天的重要组成部分。地基动能反卫星导弹是目前技术上较为先进的一种战略防天武器。作为“弹头”的动能拦截器被释放到指定位置后,需要借助自身的制导控制系统独立飞行,完成以近似零脱靶量攻击目标的任务。作为控制对象的拦截器本质上是弹性体,拦截器自身的结构动力学特性将会在多方面与制导控制系统发生相互作用。对高精度制导要求的拦截器而言,这种作用是至关重要的,关系到系统整体功能的实现。动能拦截器的结构动力学/控制技术是型号工程研制中亟待解决的前瞻性课题,它的研究具有重要的理论价值和工程实际意义。论文以型号项目课题为背景牵引,着重对拦截器的结构动力学/控制技术开展研究。论文具体开展的工作内容如下:1)建立了基于结构有限元模型确认技术的复杂拦截器结构动力学计算模型建模方法。拦截器结构复杂,质量和刚度分布不均匀,固有振动特性难于预报。论文详细研究了结构动力学模型确认技术的内涵、理论和方法,提出了针对复杂工程结构的有限元模型确认方法和程序,并将该技术应用于动能拦截器的结构动力学计算建模研究。结构动力学特性预测结果表明,该方法能够有效提高复杂拦截器结构建模的精度和可靠度。2)基于拟坐标Lagrange方程,建立了拦截器末制导段动力学数学模型。该模型包括:质心运动方程、姿态运动方程、弹性振动方程等。模型考虑了由于弹性振动的引入,系统动力学数学模型在敏感元件测量方程、力和力矩方程等方面的不同。应用该模型分析了动能拦截器末制导段飞行过程中结构系统与制导控制系统间的作用和耦合机理。3)研究了拦截器结构动力学/控制作用问题的分析与设计方法。论文首先应用线性化小扰动分析方法,对末制导段考虑弹性振动后的拦截器结构/姿态稳定控制耦合系统进行了数值仿真研究。仿真结果表明,弹性振动对姿态稳定控制系统的总体性能有重要影响。其次建立了基于ADAMS/Simulink的拦截器结构/控制系统联合仿真的虚拟样机方法,研究了结构振动与捷联导引头信号测量的关系。通过动环境预示技术,研究了振动环境对制导控制系统的影响。论文研究认为:拦截器结构刚度分布的不均匀性和安装局部刚度不足,是造成捷联导引头输出较大制导控制误差信号的主要原因。论文针对具有高制导精度要求动能拦截器,从关键技术入手,引入先进的分析和设计方法,对动能拦截器的结构动力学/控制问题展开了深入的研究,论文研究的理论、方法和技术对型号研制具有一定的实践意义和指导价值。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TJ761.7
【图文】：

反卫星,拦截器,共轨式,结构示意图

图 1-1 共轨式反卫星拦截器结构示意图968 年到 1982 年，前苏联共进行了二十次的地基共轨式反卫星验了采用雷达寻的制导和红外寻的制导的两类拦截器，拦截卫m 以下。苏联也进行了大量实验，实验结果证明苏联的反卫星技的反卫拦截器实际上一个截击卫星。从技术上看，拦截器自身要运载器的运载能力大；依赖战斗部爆炸击毁目标而不是靠直最终脱靶量较大，制导精度不高；应用了直接侧向力质心控制方的快速机动；通过粗调和精调两套姿控系统实现对姿态的精确用卫星承力筒式结构，设备小型化和集成化程度不高。但目前俄一代小型化拦截器和高轨道卫星截击系统，加快新型大推力运且通过采用天基部署和机动部署相结合的方式来提高反卫星武

反卫星,拦截器,美国,结构示意图

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文究。目前已经研制并经过飞行试验验证的动能拦轴稳定动能拦截器，该系统既有轨控推进系统，同自旋稳定的动能拦截器，它只有在一组小发动机组进系统。美国已经研制成功了机载反卫星动能拦截拦截器”属于单轴稳定的 KKV，该拦截器长采用发动机机动和控制。拦截器结构如图 1-2 所示。以来所研制和试验的绝大部分动能拦截器，如天中段防御用的“地基拦截弹”（GBI）的“大气层外的“标准-3”拦截弹的“大气层外轻型射弹”（的动能拦截器。典型的三轴稳定 KKV 结构见图

三轴稳定,结构示意图,大气层,动能拦截器

中段防御用的“地基拦截弹”（GBI）的“大气层外的“标准-3”拦截弹的“大气层外轻型射弹”（的动能拦截器。典型的三轴稳定 KKV 结构见图图 1-2 美国机载反卫星拦截器结构示意图

【参考文献】