带有双曲正切加权函数的落角约束最优制导律

为降低末制导律对初始状态误差的敏感度、提高导弹的末端抗干扰能力,针对带有落角约束的末制导问题,考虑基于双曲正切函数的一类加权函数,提出了一种基于间接Gauss伪谱法的最优末制导律. 首先,基于目标位置和期望落角建立了落角坐标系,并在该坐标系中建立了导引运动关系方程,得到了带有落角约束的末制导模型;然后,根据极小值原理推导出了用于求解最优制导律的两点边值问题,运用Gauss伪谱法进行离散,把两点边值微分方程转换为一系列代数方程;最后,通过显式求解代数方程快速得到了最优控制律,该方法避免了求解黎卡提微分方程,不需要进行繁琐的积分运算,计算量小. 所提制导律在推导过程中不依赖于加权函数的具体形式,可非常方便地处理复杂加权函数. 仿真结果表明:通过设计不同形式的加权函数,可灵活改变导弹运动轨迹及制导指令的分布,以实现不同的制导目标;所提方法能有效降低制导律对初始状态误差的敏感度,而且还可以提高导弹的末端抗干扰能力,在很大程度上提高了制导律的设计灵活性.     

旋转稳定弹扰流片气动外形多目标优化设计

为提升旋转稳定弹的射击精度,将微型扰流片应用于旋转稳定弹,可以为弹丸提供侧向升力、改变弹体姿态,继而达到改变飞行轨迹的目的。通过数值模拟方法计算扰流片轴向力系数、法向力系数和静力矩系数,分析扰流片气动系数随外形参数和马赫数的变化规律,以及外形参数和马赫数对平衡攻角的影响;以扰流片主要外形参数为设计变量,以弹道修正量和终点存速为目标,考虑攻角、修正能力、扰流片尺寸等约束,建立多目标优化设计模型,并采用遗传算法获得全局最优解。结果表明：采用扰流片对弹丸进行姿态调整、弹道修正的方法可行有效;在亚跨声速段扰流片外形参数存在升阻比最优解,在超声速下升阻比随马赫数增加呈下降趋势。     

质量分布特性对无伞末敏弹扫描特性的影响规律

为探讨无伞末敏弹的质量分布特性对其扫描特性的影响规律,在分析质量分布非对称力学表示方法的基础上,建立了考虑质量分布非对称时的弹丸动力学模型,编制了模型的仿真计算软件。以某型非对称末敏弹的结构参数和气动参数为依据,仅改变质量分布特性参数进行数值积分计算,得到了扫描转速、扫描角与横向、纵向转动惯量比以及与动不平衡角之间的关系,为通过调整质量分布参数来调整扫描参数提供了依据。     

炮弹飞行运动状态的全局灵敏度分析

出于外弹道测试或导航控制等需要,常在炮弹上安装各种用于飞行状态测量的装置。由于炮弹在发射及飞行中的状态受到各种随机因素的干扰,直接影响弹载测量装置的输出。为了更好地开展试验设计及相关数据处理工作,采用三轴陀螺仪测量炮弹转动角速度、三轴加速度计测量弹丸加速度、磁力计测量炮弹姿态角的方案,以五自由度刚体弹道方程组为基础,采用基于蒙特卡洛打靶的Sobol’全局灵敏度分析方法,就3种传感器的输出对初速跳动、起始扰动等因素的敏感程度开展定量研究。定量分析结果表明,初始偏航角速率和初始俯仰角速率对陀螺仪沿弹体径向的输出、加速度计沿弹体径向的输出和磁力计轴向输出的影响较大,初速对陀螺仪轴向输出和磁力计沿弹体径向的输出的影响较大,阻力系数对加速度计轴向输出的影响较大。     

在线弹道参数滤波与辨识方法分析

为解决基于雷达探测系统的一维弹道修正弹的快速在线弹道参数辨识及精度分析问题,针对阻力环体制的一维弹道修正弹,建立了适配于一维弹道修正弹的飞行控制弹道模型,并基于卡尔曼滤波理论建立了弹道滤波模型,给出了弹道预报的方法。结合扩展卡尔曼弹道滤波模型,计算分析了数据测量精度、基础阻力系数变化等因素对预报弹道落点的影响。研究结果表明:为了提高无控弹道和修正弹道的预报精度,应尽可能准确地获取全弹的阻力系数,并进行若干发炮射试验,通过反复调整预报-校正分段以确定出较佳弹道参数方差,来提高后续弹道预报精度。     

带微型扰流片旋转稳定弹外弹道建模与仿真

为发展修正能力更强的有控旋转稳定弹,研究了一类带有微型扰流片控制机构的旋转稳定弹。分析了该类有控弹的控制原理,针对其动力学建模问题,考虑气动非对称,建立了带扰流片旋转稳定弹的控制力和控制力矩数学模型。根据六自由度弹道模型,仿真分析了扰流片外露高度和弹丸射角、初速及启控时间对速度、弹丸稳定性和修正能力的影响。结果表明:扰流片外露高度越高,修正能力越强,但速度降越明显,攻角振荡幅度和稳态值越大,稳定性越差; 速度从亚音速向超音速变化时,修正能力先减小后增大。     

脉冲修正弹参数优化设计方法

为了从理论上寻求合理、有效的脉冲修正弹参数设计方法,提出对脉冲修正弹参数进行优化设计。选取脉冲发动机个数、单脉冲冲量大小、脉冲发动机轴向偏心距及尾翼导转角为优化设计变量,以脉冲发动机总冲最小为目标函数,并以某些脉冲参数、弹道参数等为约束条件,建立了脉冲修正弹参数优化模型。针对该模型的特点,在标准粒子群算法SPSO2011的基础上,提出了基于自适应罚函数且适于处理整数离散变量的改进粒子群算法。算例结果表明,该算法用于脉冲修正弹参数优化设计,可快速、可靠地获取最优解。     

带有落角约束的间接Gauss伪谱最优制导律

针对带有落角约束的末制导问题,提出了一种基于极小值原理和Gauss伪谱法的最优制导律。以期望落角方向为坐标轴定义了落角坐标系,并在其中建立了线性化的导引运动关系方程。将控制系统简化为1阶惯性环节,利用极小值原理得到正则方程,然后引入Gauss伪谱法进行离散,将其转化为代数方程,结合边界条件,推导出最优制导律的解析表达式,无需任何积分过程,避免了求解黎卡提微分方程。仿真结果表明,所提出的算法运算量小,计算效率高,同时也能方便地求解出复杂加权矩阵下的最优制导律,能够在满足落角约束的条件下更快地收敛到落角参考线,并且具有更小的末端需用过载。     

弹箭非线性角运动周期解稳定性分析

为了分析和计算弹箭非线性角运动周期解的稳定性,推导了弹箭的非线性角运动方程组。以某型火箭弹高原试验为例,计算了立方马格努斯力矩系数取不同值时的角运动相图和庞加莱截面图; 通过Poincare映射计算了线性马格努斯力矩系数作为分岔参数时的分岔图; 利用推广的打靶法计算了角运动周期解的幅值和周期,结合Floquet理论分析了周期解的稳定性。结果表明,在高空低密度的情况下,考虑非线性马格努斯力矩系数后,当马格努斯力矩系数达到一定范围时,火箭弹角运动由零平衡位置分岔出稳定的周期运动。     

基于改进粒子群算法的旋转弹气动系数快速辨识

为了准确、快速地辨识旋转弹主要气动系数,建立了一个基于改进粒子群算法的气动系数快速辨识模型。该辨识模型以四自由度修正质点弹道模型为基础,以最小标准欧几里德距离为辨识准则,利用弹丸自由飞行试验测得的速度和转速数据,可同时辨识出弹丸的零升阻力系数、升力系数导数、极阻尼力矩系数导数以及马格努斯力系数导数。利用某155 mm旋转弹仿真所得的弹道数据对提出的气动辨识模型进行验证。结果表明:与气动系数理论值相比,零升阻力系数、升力系数导数与极阻尼力矩系数辨识值的平均相对误差较小,当马赫数在0.8～1.25范围内马格努斯力系数导数相对误差约为30%～50%,但马赫数在1.25～2.7范围内其误差较大; 根据气动系数辨识值计算出的弹道数据与仿真弹道数据相比,射程在26 km时相差约为8 m,速度变化完全一致; 相比于标准粒子群算法,提出的改进粒子群算法具有更快的收敛速度。