大长径比导弹的颤振抑制研究

发布时间：2020-07-12 10:56

【摘要】：为了提高导弹的飞行速度、增加导弹射程、提升导弹的机动性和对目标的精确打击性,现在的导弹结构的长径比变得越来越大。伴着长径比的增大,导弹的柔性变大,颤振等共振现象就更容易发生,低频颤振成为了人们不得不去注意的问题。导弹的低频颤振是由于弹体受到激励时,前两阶模态发生共振所产生的低频率的大位移振动。而研究颤振问题就是研究导弹系统的动力学问题。本文首先对动力学分析的基本理论和特点进行了阐述,对结构动力学响应分析的频域数值解法进行了介绍,并着重介绍了用传递函数法解飞行器的动力响应问题。之后忽略气动外形和内部结构的影响,将导弹简化成梁模型。采用编程数值计算与有限元软件仿真,对导弹简化梁模型进行模态分析及动力响应分析。应用MATLAB进行编程,得到了数值计算结果,并与有限元软件分析结果进行了比对,验证了数值方法的有效性与正确性。本文还重点考虑了长径比对导弹颤振的影响,在模态分析和谐响应分析中,分别针对不同长径比导弹简化梁模型进行了计算,得到了相应的结果并进行分析。发现导弹的长径比越大,越容易产生低频颤振,且振动幅值越大,导弹更容易产生破坏。文中提出了一种颤振抑制方法:当导弹产生低频颤振的时候,在导弹内部施加一个高频激励,增加导弹的能量,使导弹避开低阶频率的大位移振动,在高阶频率处产生高频的小位移振动,这样就避免了颤振破坏。通过理论推导和数值计算及有限元仿真,验证了该方法的有效性。
【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】：TJ760
【图文】：

结合当前世界上一些主流的现役大长径比导弹（图1-1，美国的响尾蛇导弹长径比 23.8），整理如表 1-1。从表可以看出很多导弹的长径比已经很大，其中很多已经超过了 20。图 1-1 响尾蛇导弹超音速导弹具有细长体气动布局设计，并大量采用轻量化复合材料和薄壁结构设计，导致超音速导弹在飞行过程中动力学容易与其控制系统在宽频率范围内发生明显的交叉耦合。其特殊的气动外形、推动布局和轻质结构使得其弹体结构固有频率降低，并具有明显的弹性效应[4]。在飞行过程中，高马赫数飞行时恶劣的力载荷和热环境引起气动加热进一步弱化了弹体弹性运动模态与刚体运动模态之间的频带分离特性，使得弹体结构刚度进一步下降，使得弹体变形加剧，在气动载荷作用下，极易引起弹体的低频颤振[5]。这种低频颤振不仅对超声速导弹控制系统的控制精度产生较大的影响，致使导弹失稳

的振动特性和响应分析方法与特点，以保证飞行器具有足够的寿命。的飞行器为飞行状态下的导弹，由于其具有大长径梁来进行振动分析及响应分析。本章将介绍梁的振理论，之后用 Gram-Schmidt 方法构造出正交多项界条件情况下，得到梁的振型函数，进而运用瑞动方程，得到固有频率。由于后文将要进行导弹的的扫频属于频域分析法，因此在本章还介绍了频域行器动态响应的基本理论。法解飞行器动态响应的基本概念示为一个经典的输入、输出系统示意图，输入g 。

ImarctanReH jH j (2-1这个式子反映出，因为阻尼的存在使得系统的响应与输入激励所产生的相位H 和 都是 的函数，幅频特性用 H 曲线表征，相频特性用 曲线表征。这两个式子共同展示出确定的结构系统的响应特性的两个侧面即幅值化与相位移动。众多响应分析方法中，传递函数法的优点是：传递函数的确定与输入的励函数的形式没有关系。所以，一般情况为了方便计算会选取一些很简单的励形式来确定出系统的传递函数，之后用这个传递函数就能得到在不同形式输入函数作用下的系统动响应。2.2.2.1 传递矩阵法响应传递的物理实质上也就是状态变量的传递。所以，我们可以求解固有特性的传递矩阵法与频响传递函数相结合，用于求解动态响应，下面以简谐励为例进行简述。

本文编号：2751845