旋转稳定二维弹道修正弹弹道特性分析与制导方法研究

发布时间：2020-07-25 18:32

【摘要】：随着军事科技的发展,“精确打击”成为了各军事大国的核心作战理念。传统非制导弹药已无法适应现代战场对精确打击的要求,因而常规弹药的制导化改造成为了一种发展方向。安装固定舵的修正引信由于其低成本、小体积、通用化等优点,使其在常规弹药的制导化改造中极具优势。本文在国防973计划项目(613145)、“十三五”装备预研项目(0715A)、装备预研基金(9140C300305140C30140)和国家自然科学基金(11402117)的资助下，以安装固定舵修正引信的旋转稳定二维弹道修正弹为研究对象,对多刚体动力学建模、线性和非线性动力学特性分析、制导方法设计等理论与技术问题展开分析和研究,主要研究内容如下:(1)根据二维弹道修正弹的气动布局和运动特点,基于动量定理和动量矩定理建立了平面地表下弹丸七自由度弹道模型。分析了有风条件下作用在弹丸上的气动力和气动力矩。利用建立的运动方程进行了无控飞行、开环有控飞行及修正能力仿真分析,对该类弹丸的弹道特性有了初步的了解。(2)基于Kane方法建立了计及地表曲面、重力加速度大小和方向变化的椭球地表弹道模型。首先给出了基于Kane方法建立一般树形多刚体系统动力学方程的方法。然后分析了弹体和固定舵的运动,并分别建立了二者的动力学方程,综合得到了弹丸七自由度飞行动力学方程。基于四元数转换,建立了弹丸转动的运动学方程。最后仿真分析了平原和高原条件下,两种弹道模型的射程计算差异。(3)研究了二维弹道修正弹线性稳定性问题。首先建立了二维弹道修正弹复攻角运动方程,并讨论了方程解的形式。通过计算固定舵匀速转动时攻角的强迫运动解,讨论了无控飞行时的共振条件。推导了阶跃激励时,攻角的瞬态、稳态响应解析解,得到了有控飞行时的瞬态和稳态攻角限制条件。通过推导有控时平均速度偏角的解析解,导出了平均偏角的幅值和相位角与固定舵参数的关系。此外,提出了前置角的概念,为基于速度方向修正的弹道跟踪制导方法研究奠定了基础。(4)研究了二维弹道修正弹非线性稳定性问题。首先推导了二维弹道修正弹非线性角运动方程,并讨论了弹丸非线性气动力的描述模型。其次推导了基于中心流形定理和规范形理论研究非线性角运动Hopf分岔的分析方法。并用该方法计算了非线性静力矩、非线性赤道阻尼力矩、非线性马格努斯力矩作用下,弹丸自由运动的Hopf分岔特性,得到了非线性角运动的分岔图和极限环。然后研究了通过Poincare映射分析弹丸在固定舵作用下强迫运动特性的方法。该方法通过Poincare映射预示角运动周期解的变化,利用推广的打靶法计算周期解的幅值和周期,结合Floquet理论分析了周期解的稳定性。通过该方法计算了非线性马格努斯力矩对弹丸强迫运动的影响。最后基于数值延拓算法计算分析了有控时,非线性马格努斯力矩对角运动平衡解的影响。(5)提出了一种基于速度方向修正的二维弹道修正弹方案弹道跟踪制导方法。该方法通过对平均偏角方向的修正,来实现对方案弹道的跟踪。首先推导了方案弹道模型及制导指令生成模型,并结合第4章计算出的前置角给出了固定舵滚转角的计算公式。然后研究了在方案弹道偏差较大时,通过落点预测在线生成方案弹道的方法。最后仿真分析了该方法在两个射角下对方案弹道的跟踪效果。仿真结果表明,小射角射击时,可在全弹道采用速度方向修正来跟踪方案弹道。大射角射击时,可在降弧段生成方案弹道,再通过速度方向修正来跟踪该方案弹道。(6)提出了一种二维弹道修正弹的落点预测制导方法。该方法通过两次落点预测修正一次弹道:第一次无控落点预测得到目标点与实际落点的偏差方位角,第二次有控落点预测得到落点修正量的相位角相对于固定舵滚转角的前置角,通过两次落点预测得到修正落点偏差所需的固定舵滚转角。仿真结果表明,落点预测制导具有较好的落点修正效果,考虑到预测的实时性,落点预测制导可在降弧段使用。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TJ410
【图文】：

博士论文逦旋转稳定二维弹道修正弹弹道特性分析与制导方法研究逡逑考面积为；ｒ，／４邋＝邋０．０１８８７ｍ２，参考长度为弹长／邋＝邋0．９ｍ。为了计算弹丸基本气动特性、逡逑导转舵气动特性和控制舵气动特性，分别生成了三套网格。第一套为０度导转舵，０度逡逑控制舵时的网格，用于计算全弹的气动系数。第二套为导转舵有固定安装角，０度控制逡逑舵面时的网格，用于计算导转舵的气动系数。第三套为０度导转舵，控制舵有固定安装逡逑角时的网格，用于计算控制舵的气动系数。得到了导转舵和控制舵的气动系数以后，除逡逑以舵偏角的度数，便可得到这些气动系数对舵偏角的导数，这对固定舵的设计是很有用逡逑的。图２．２为全弹表面网格，图２．３为引信表面网格。图２．４和图２．５为Ａｆｏ＝２．０、厶＝５°逡逑工况下的速度云图和压力云图。逦逡逑

弹丸静力矩系数导数

固定舵升力系数对舵偏角的导数

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本文编号：2770200