弹箭非线性角运动规律研究

发布时间：2024-06-03 05:53

　　随着各种新型弹箭的出现以及作战任务的扩大,许多弹箭都处于大攻角、非线性气动力的飞行状态。本文为了分析非线性气动力对弹箭飞行稳定性的影响,建立了第二弹轴坐标系下的非线性角运动模型,并分析其运动稳定性。 本文从理论分析和数值模拟两个方面对弹箭运动规律进行了研究。首先根据非线性气动力代数模型,在第二弹轴坐标系下,利用复攻角定义建立弹箭角运动方程。运用分岔分析方法分别讨论不同气动力类型对弹箭运动稳定性的影响。然后根据攻角运动方程,利用龙格库塔数值计算方法编程计算不同气动力条件下弹箭稳定状态。结果表明几何非线性H*对弹箭平衡状态的稳定性的影响不大；当H0>0时,弹箭只作零攻角运动。对于非旋转弹箭,在H0<0时,气动参数H2,M*,M2满足一定取值范围时,弹箭才有可能产生极限圆锥运动或者极限平面运动。对于高速旋转稳定弹,本文主要分析马格努斯力矩对弹箭运动稳定性的影响,结果表明只有在非线性马格努斯力矩满足一定条件下,旋转弹箭才会产生稳定的极限圆运动。气动参数与弹体参数主要决定极限圆运动的振幅大小和攻角收敛快慢。因此合理地设计气动参数和发射起始条件可以有效抑制弹箭的极限圆锥运动和极限平面运...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
目录
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 非线性气动力模型研究现状
        1.2.2 弹箭角运动模型研究现状
        1.2.3 非线性动力学分析方法研究现状
    1.3 本文主要研究内容
2 弹箭非线性气动力模型
    2.1 引言
    2.2 非线性代数模型
    2.3 积分模型
    2.4 微分模型
        2.4.1 状态空间模型
        2.4.2 气动力系数差分方程模型
    2.5 本章小结
3 弹箭角运动模型
    3.1 坐标系的建立
        3.1.1 常用坐标系定义及其坐标系转换关系
        3.1.2 坐标系的转动角速度
    3.2 复攻角的定义
    3.3 弹箭运动方程
        3.3.1 弹箭质心运动方程组
        3.3.2 弹箭绕质心的转动方程
        3.3.3 速度方程
    3.4 作用在弹箭上气动力和力矩
    3.5 弹箭角运动模型
        3.5.1 非线性代数模型下的角运动模型
        3.5.2 积分模型下的角运动模型
        3.5.3 状态空间模型下弹箭角运动方程
        3.5.4 气动力系数差分方程模型下弹箭角运动方程
    3.6 本章小结
4 分岔分析与突变理论方法
    4.1 引言
    4.2 分岔分析与突变理论概述
    4.3 平衡解和周期解稳定性判据
    4.4 分岔的类别
    4.5 平衡曲面和分岔曲线的计算
    4.6 分岔问题的研究方法
    4.7 本章小结
5 非旋转尾翼稳定弹箭的角运动分析
    5.1 气动力线性项(H₀,M₀)下的弹箭零攻角运动及其数值验证
    5.2 气动力非线性项对弹箭角运动的影响
        5.2.1 非线性项(H₂)对弹箭极限圆锥运动和极限平面运动的影响
        5.2.2 非线性项(M~*)对弹箭极限圆锥运动和极限平面运动的影响
        5.2.3 非线性项(M₀,M₂)对弹箭极限圆锥运动和极限平面运动的影响
        5.2.4 气动力非线性项下的弹箭零攻角运动
    5.3 非旋转尾翼稳定弹极限圆锥运动和极限平面运动的数值仿真
    5.4 本章小结
6 高速旋转稳定弹箭的角运动分析
    6.1 气动力线性项(T₀,H₀,M₀)下的弹箭零攻角运动及其数值验证
    6.2 马格努斯力矩产生的极限圆锥运动
        6.2.1 马格努斯力矩线性项(T₀)对弹箭极限圆锥运动的影响
        6.2.2 马格努斯力矩非线性项(T₂)对弹箭极限圆锥运动的影响
    6.3 弹箭转速对弹箭极限圆锥运动的影响
    6.4 高速旋转稳定弹极限圆锥运动的数值仿真
    6.5 本章小结
7 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 尚待进一步研究的问题
致谢
参考文献



本文编号：3988276