固定翼二维弹道修正引信升力翼面位置的影响

固定翼二维弹道修正引信研究需要了解翼面之间的气动干扰。鉴于查不到相关文献,采用流场计算中广泛使用的数值模拟方法,计算引信及翼面的气动参数和修正弹的流场分布。计算结果表明,在固定翼二维弹道修正引信翼面尺寸和安装角度不变的前提下,随着升力翼面安装位置的前移,固定翼二维弹道修正引信的导转力矩、导转翼面的阻力和导转力矩以及升力翼面的阻力和升力均有所增加,而对导转翼面升力的影响较小;在跨音速时,引信及翼面的气动参数均变化较大。     

固定鸭舵高速旋转弹修正减旋技术研究

为了实现对高速旋转弹进行低成本的二维弹道修正,采用在高速旋转弹弹头加装两对固定鸭舵的二维弹道修正原理和减旋技术。为了研究鸭舵的减旋能力,建立了二维弹道修正弹模型,对不同弹丸飞行速度、攻角、舵偏角对应的导转力矩进行动力学和运动学联合仿真,以及对导转力矩在全弹道进行数值计算。结果表明,固定鸭舵能够满足对高速旋转弹修正减旋要求,研究结果对二维弹道修正技术研究有较好的参考作用。     

旋转稳定弹弹道修正引信减旋装置研究

对旋转稳定弹弹道修正引信的减旋技术进行了探索性研究,提出并建立了七自由度外弹道模型,通过计算和分析表明：采用减旋翼减旋,通过轴承连接引信和弹丸的减旋装置不仅可以使弹道修正引信减旋,而且可以使弹道修正引信在弹道飞行过程中逐步达到较低的平衡转速,为二维弹道修正引信正常工作创造了良好的条件,并且验证了带减旋装置的弹道修正弹满足飞行稳定性要求。     

二维弹道修正引信转角控制翼面角度测量方法

针对固定翼二维弹道修正引信转角控制在炮射环境中翼面角度测量难度大、成本高的问题,提出了固定翼二维弹道修正引信转角控制翼面角度地面测量方法。该方法利用坐标系转换关系计算出地磁矢量在准弹体坐标系弹轴径向平面分量与准弹体坐标轴之间的夹角,结合目标角的分析,计算出外弹道起控后地磁分量和翼面的夹角及其变化规律;然后通过测量双旋转台径向平面上地磁分量的方向、飞行控制模块装定炮位射击参数,存储并读取外弹道航偏角和俯仰角数据,最终在双旋转台实现二维弹道修正引信翼面转角控制角度的测量。仿真和实验结果表明,该方法能够方便、准确地实现固定翼二维弹道修正引信的转角控制在炮射环境中翼面角度的测量。     

固定翼双旋弹动力学特性分析

固定翼双旋弹作为一种特殊的弹道修正弹,在飞行过程中其前体弹道修正引信（CCF）和后体以不同转速绕弹轴旋转。根据固定翼双旋弹气动不对称的特性,推导出固定翼双旋弹的动力学模型,经过模型简化,得到其非齐次角运动方程,根据这个角运动方程对角运动特性和飞行稳定性进行了分析。结果显示：当CCF转速固定时,转速的大小和滚转的方向都会影响弹体的角运动特性,由于弹体的共振,不合理的转速可能引起角运动的不稳定;当CCF转角固定时,弹体可以获得与CCF的鸭翼安装角近似呈正比的弹道修正能力。对固定翼双旋弹的飞行稳定性判据进行了研究,飞行稳定性判据为固定翼双旋弹前后体转速和初始射角的设计提供了参考。     

二维弹道修正引信制动控制建模与仿真

为解决二维弹道修正引信滚转姿态实时控制问题,提出了固定舵制动模型。根据弹道修正原理及固定舵控制规律,建立了制动控制数学模型。构建了基于双轴仿真测试转台的半实物仿真系统,对不同弹道环境下制动控制性能进行了半实物仿真。结果表明干扰力矩在0～0.5 N · m变化范围,该方法能够有效跟踪滚转角控制指令实现实时跟踪。当弹丸转速在100～167 r／s范围时,该模型制动时间和精度满足控制系统总体要求。     

基于乒乓舵的引信滚转角控制方法

针对二维弹道修正引信现有控制方法中存在二维修正引信与高旋弹体之间的耦合力矩大以及气动控制机构复杂问题,提出了二维弹道修正引信基于乒乓舵的引信滚转角控制方法。该方法通过对乒乓舵进行线性化,采用角速率环比例控制和角位置环比例积分控制这种乒乓舵PID控制器产生所需滚转控制力矩,实现对二维弹道修正引信的滚转角控制。仿真和试验结果表明,基于乒乓舵可对引信滚转角进行有效的控制,误差均方差小于8°。     

弹道修正引信菱形翼型等腰梯形十字减旋翼

当今修正引信减旋机构的翼面有两种形式:矩形翼面和网格型翼面.虽然它们都可以实现对弹丸的横向偏差的修正,但是矩形翼面的外形尺寸过大,而网格型翼面对弹丸的阻力影响较大.因此,设计了外形尺寸合适、影响较小同时又能满足弹丸修正能力要求的菱形翼型等腰梯形翼面.从气动力计算验证和仿真验证可看出菱形翼型等腰梯形翼面能够满足横偏减旋修正引信对修正量的要求,而菱形翼型等腰梯形翼面相较于矩形尺寸更小,比网格状翼面对阻力的影响更小.所以修正引信减旋机构应采用菱形翼型等腰梯形十字翼.     

固定翼二维弹道修正引信的弹簧翼改进方法

针对二维弹道修正引信固定翼修正方法存在的修正能力和射程损失量对升力翼面倾角需求相矛盾问题,提出了固定翼二维弹道修正引信的弹簧翼改进方法。该方法继承了固定翼二维弹道修正引信的设计理念,而仅将固定翼换为弹簧翼,利用迎面气流的变化使升力翼面倾角自适应调整,在出炮口时倾角最小,而在修正段倾角最大。仿真结果表明,与固定翼修正方法相比,在修正能力相同的情况下,弹簧翼修正方法可以减小射程损失量;在射程损失量相同的情况下,弹簧翼修正方法可获得大的修正能力。     

有限时间收敛的引信滚转角控制方法

针对目前二维弹道修正引信滚转角控制方法中存在的气动力矩难以精确计算，精度过于依赖建模准确度，抗干扰能力差的问题，提出一种有限时间收敛的引信滚转角控制方法。该方法基于滑模变结构的理论，利用系统有限时间收敛的概念，选取合适的切换平面以及有限时间收敛的趋近律，使滚转角速率在有限时间内快速收敛到零，并控制翼面滚转角收敛到期望的滚转角。通过对算法的有限时间稳定性分析与仿真验证表明，对于二维弹道修正引信的滚转角控制系统，设计的算法同时满足对滚转角的精确控制和滚转角速度的快速响应，系统的快速性和鲁棒性均有所提升。     

隔转鸭舵式弹道修正弹电磁执行机构工况研究

为研究隔转鸭舵式弹道修正弹执行机构的工况,对鸭舵和轴承进行动力学建模,改进基于欧拉方法的双旋弹道模型,并利用弹道参数对电磁执行机构的设计工况进行验证。以不同发射条件下弹体和鸭舵的滚转状态为基础,提取执行机构的工作转速和电磁扭矩。计算结果表明：鸭舵在出炮口后能够快速实现相对弹体的反向滚转,并逐渐达到低速的平衡状态,且平衡转速受发射条件影响小。弹体转速是引起执行机构工作转速范围较大的原因,弹丸经过弧顶后,执行机构的工况趋于平稳,转速保持在130~230 r/s范围,所需扭矩小于0.5 N·m. 从执行机构工作带宽的角度考虑,最佳启控点宜在弧顶之后。基于顶层弹道模型获取关键部件设计指标的方法为双旋弹道修正弹的工程应用提供了借鉴。     

固定舵二维修正弹外弹道仿真与动态模拟

为研究固定舵二维弹道修正弹的修正能力,采用流体力学分析软件Fluent与机械系统动力学自动分析软件Adams联合仿真方法建立了固定舵二维修正弹的动力学仿真模型。基于鸭舵修正原理提出了仿真环境下鸭舵减旋和测姿的模拟方法,在Adams软件环境下通过在舵片模型上建立Marker监测点实现了对鸭舵实时滚转角的直接监测;应用该仿真方法对横风作用力从1 N增大到10 N的情况进行仿真,相比于无风干扰,横偏增加了36.5%到298.0%;分别对10 N横风作用力、0.5°横向跳角和0.5°定起角干扰下的弹道修正进行了仿真。研究结果表明：相对于无修正情况下的横偏,在10 N横风作用力下的修正量能够达到90%,由跳角引起的横向、纵向落点偏差得到显著降低;通过与半实物仿真实验及实弹射击试验的对比,证明该仿真方法具有一定的合理性。     

旋转稳定二维弹道修正弹在固定舵作用下的角运动特性研究

为研究旋转稳定二维弹道修正弹在固定舵作用下的攻角及速度运动特性,建立了复数形式的角运动方程。推导了固定舵匀速转动时攻角的强迫运动解及固定舵产生阶跃激励时攻角的瞬态、稳态响应解析解;推导了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;提出了旋转稳定二维弹道修正弹在固定舵作用下的飞行稳定性条件。结果表明：二维弹道修正弹无控时应避免共振,有控时应限制攻角最大增量及平衡攻角幅值;有控时平均偏角的相位角较固定舵滚转角提前一个前置角。研究结果对旋转稳定二维弹道修正弹的飞行稳定性设计及制导方法研究提供了参考。     

旋转稳定二维修正弹鸭舵法向力计算模型研究

为了研究修正组件滚转条件下二维修正弹鸭舵的法向气动力非线性规律,建立了鸭舵坐标系,考虑弹丸攻角、舵偏角、弹丸运动和迎风区与背风区等影响因素,采用多元泰勒展开理论,建立了动态鸭舵法向力计算模型; 采用数值计算分析了不同攻角、舵偏角组合的鸭舵法向力特性,得到了不同舵偏角下鸭舵法向力随攻角的变化规律,分析了滚转条件下舵偏角和攻角对4个鸭舵法向力系数的影响规律。结果表明:鸭舵法向力计算模型的计算结果与数值计算结果吻合较好,该模型为二维修正弹的气动力计算提供了参考。     

固定鸭舵导引组件修正力模型改进及参数辨识

固定鸭舵双旋弹道修正弹通过调整固定鸭舵相位角控制修正力方向,从而改变弹体姿态,实现弹道修正。准确的导引组件修正力模型是提高修正弹修正精度的关键。本文在风洞试验基础上验证了数值计算的有效性。针对非零攻角下翼身干扰不对称现象,基于小扰动理论建立了基于4片舵片考虑翼身干扰的修正力模型。使用计算流体力学(CFD)所得数据,通过Levenberg-Marquardt算法对修正力模型进行参数辨识。辨识结果表明：基于4片舵片气动模型的y轴方向、z轴 方向修正力随相位角呈正弦规律变化;在给定马赫数情况下,所建立的气动模型弹头对舵片的干扰系数对攻角变化不敏感,干扰系数随攻角相对变化小于4.9%;所建立的修正力气动工程模型y轴 方向和z轴方向修正力的残差平方和比现有模型更小,头部修正组件的修正力模型与CFD计算结果吻合较好。     

十字舵型二维弹道修正引信的修正

根据旋转弹体自身的特性。针对十字舵型二维弹道修正引信，提出了一种基于周期平均控制力的准双通道控制方案。首先在对其控制原理进行分析的基础上，提出一种控制方案。进而通过对此种方案修正实现过程的阐释，表明了该方案具有旋转双通道控制精度和效率较高的优点，论证了其可行性。     

隔转鸭舵式弹道修正弹气动力工程模型与辨识

修正弹的气动力可表示为外形和飞行状态的函数,其模型直接影响动力学系统求解的准确性。在风洞试验数据的基础上,建立适用于隔转鸭舵式弹道修正弹的气动力工程模型。模型综合考虑复攻角和鸭舵相位角的复合效应,并利用最小二乘方法对修正弹阻力、升力、侧向力以及俯仰力矩的工程模型进行参数辨识,模型预测结果得到了计算流体力学计算的验证。结果表明：鸭舵的诱导阻力较小,小攻角范围内利用对称拟合表征修正弹阻力的误差小于3.3%;在攻角和鸭舵相位角的综合影响下,升力表现为正弦特性,侧向力在鸭舵相位角为180°时会出现二次正弦叠加现象。气动力模型为隔转鸭舵式弹道修正弹的飞行特性分析奠定了基础。     

弹道修正引信脉冲修正参数研究

根据提高高射弹丸对机动目标命中率的实际需求,研究了空射型二维弹道修正引信。基于外弹道理论,结合脉冲发动机的工作特点,构建了两种外弹道模型。以高炮弹丸为例,利用六自由度弹道程序进行仿真,分析了修正距离与脉冲发动机的工作级数、修正时刻、修正角度等参数的关系,通过仿真得到了各参数与修正距离关系的拟合模型,该模型为脉冲修正机构的设计提供了理论基础。