多弹头分离动力学建模与偏差因素影响分析

发布时间：2020-10-09 23:02

　　结合先进突防装置的多弹头分导技术是提高突防能力的有效手段之一,为提高突防能力,必须提高对弹头母舱的分导能力,达到同时分导多枚子弹头的要求。多弹头分离过程虽然短暂,但却十分复杂。分离过程本质上是多体相对运动,但要考虑扰动因素、偏差因素等对分离可能产生的影响,避免分离体间发生碰撞,导致分离失败。因此研究多弹头分离动力学建模与偏差因素分析,对提高弹头母舱的分导能力具有重要意义。本文以多弹头分离系统为研究对象,设计满足弹射分离方案要求的分离装置,梳理多弹头分离的偏差因素,对多弹头系统分离动力学问题进行研究:针对子弹头与弹头母舱的内分离问题,应用两体相对运动理论建立子弹头与弹头母舱的质心相对运动方程及姿态运动方程。采用弹射分离的方式,即分离冲量装置产生的分离力直接作用在子弹头上,对分离系统进行载荷分析,推导动力学基本方程。在分离过程中时刻分析分离体的相对运动,并进行碰撞检测和分析,基于分离运动学分析建立内分离碰撞检测模型。将约束力方程方法应用到分离装置的设计中,利用压缩螺旋弹簧产生分离力,其作用行程与机构大小非常适合导弹分离,结构简单、可靠性高。分离导向机构由弹簧、滑块、导轨和内套筒四部分组成,压缩螺旋弹簧放置在导向机构内部空间。设计符合多弹头分离要求的分离装置参数并建立单弹头分离的动力学验证模型。运用Monte Carlo方法分布抽样分离体的非标称设计参数,以评估单弹头是否成功分离,验证分离装置设计的合理性。分析多弹头分离系统的输入参数中影响分离的主要偏差因素,针对多弹头分离偏差因素影响分析问题给出误差计算与评估方法。基于多弹头分离动力学仿真结果,进行干涉距离的判定和动力学特性分析,得到了解锁不同步偏差、刚性系数偏差和摩擦系数偏差对多弹头分离动力学特性的影响规律。综合分析偏差因素影响:摩擦系数偏差对危险点移动距离的影响最大,解锁不同步偏差对危险点移动距离的影响最小;分离时间与解锁不同步偏差、刚性系数偏差和摩擦系数偏差均正相关,一定范围内解锁不同步偏差和摩擦系数偏差会缩短多弹头分离时间。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TJ760.1
【部分图文】：

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图 1-1 集束式多弹头飞行示意图图 1-2 分导式多弹头弹道示意图在突破反导的战术要求和已取得技术突破的背景下，1962 年，美国提出了分导式多弹头（Multiple independently reentry vehicle, MIRV）的设计理念。在具备制导能力的母舱内部装填多个子弹头，由母舱按预定程序逐个释放，使其导向各自的目标，如图 1-2 所示。分导式多弹头能攻击一定距离范围内的多个目标，也能集中攻击一个面目标，有效提高了导弹的命中精度和突防能力，增大了毁伤面积和效果[6]。机动式多弹头(MARV)是母弹和子弹均有制导，机动变轨能力。不仅具有分导能力，而且每个弹头装有控制系统，可以机动飞行。母弹释放子弹时可以采用时间间隔或空间间隔的释放手段，子弹间有较大的相互间隔，造成大时域和大空域散步，不规则机动俯冲，再加之再入导引一体化技术等，导弹不仅能够成功突防，而且能够提高子弹的命中精度[7]。1964-1968 年，美国开始对 MIRV 进行探索性的研制, 并在关键技术取得了重大成果，逐步进入工程研制阶段。1970 年，美国在民兵 III 导弹上首次部署了 MK12/W62 分导式多弹头。1971 年将 MK3/W68 分导式多弹头装备在海神

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用弹射分离方式的难点在于保证高可靠性的前提下，保证比较高度。弹簧的加工工艺特点和材料特性决定了单个弹簧的轴线是弹于弹头内部结构的复杂性，导向机构安装在弹头内壁上。这决定称弹簧的分离方案，随着机构数量的增加，可靠性会下降，采用安装的方案足以满足设计需求[33]11，导向机构安装状态如图 3-1 1 3yz24图 3-1 导向机构安装状态

【参考文献】