助推滑翔导弹低空级间热分离过程及其影响研究

发布时间：2020-08-15 06:42

【摘要】：热分离是导弹级间分离的重要方式。助推滑翔导弹的弹道特性比传统导弹更为复杂,直接影响级间分离安全性与飞行稳定性。低空高速条件下的级间热分离是助推滑翔导弹面临的关键问题之一。助推滑翔导弹低空级间热分离具有气动干扰强烈、影响因素不确定、多物理过程耦合等特点,本文针对此过程及其影响进行了系统深入的研究。系统开展了助推滑翔导弹级间热分离过程中复杂喷流流场对导弹姿态运动的干扰特性研究。研究结果表明,级间热分离初期以两级级间间隙为界,可将流场分为内部喷管喷流流场与外部间隙喷流干扰流场,内外流场中不对称的流动分离高压区域,是级间热分离过程对上面级弹体姿态运动干扰的重要来源,其中内流场为处于过膨胀状态的喷管内部形成的流动分离,外流场为超声速来流与级间间隙侧向喷流相互干扰形成的流动分离。研究了导弹低空级间热分离过程中,级间间隙侧向喷流与超声速来流的干扰特性,分析了来流特征、喷流特征、分离运动参数对流场结构与干扰力矩的影响规律。研究了导弹级间热分离过程中喷管流动分离与侧向力特性,获得了级间热分离中锥形喷管与最大推力抛物型喷管流动分离流场结构与侧向力特征,分析了两级相对运动偏差的影响规律。基于上述结果揭示了级间分离区域内、外流场对助推滑翔导弹姿态运动的干扰原因。提出了基于区间分析的导弹级间分离段控制非概率鲁棒分析与设计方法。建立了控制系统区间鲁棒性的描述模型,对比了一阶、二阶区间摄动法与子区间摄动法在计算级间分离段导弹控制鲁棒性指标时的精度。建立了控制系统区间鲁棒性优化模型,将子区间摄动法与序列近似优化算法相结合,实现了参数不确定条件下,助推滑翔导弹级间分离段控制鲁棒性的快速分析与优化设计。开展了助推滑翔导弹低空级间热分离过程多学科耦合仿真研究。提出了基于网格伴飞策略的流场/飞行力学/控制耦合仿真方法,实现了带闭环控制六自由度飞行力学仿真与流场动边界非定常数值模拟的实时耦合,搭建了基于多学科协同仿真的数值虚拟飞行系统,针对三种启控策略,进行了两级助推滑翔战术导弹级间热分离过程的多学科耦合仿真分析。论文为助推滑翔导弹低空级间热分离过程预示与方案设计提供了重要的理论依据与技术支撑。同时,论文对侧向喷流干扰、喷管流动分离与侧向力、控制系统鲁棒性分析以及数值虚拟飞行技术等相关领域进行了探讨,获得了一些有价值的结论。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ760

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