基于摄动落点预测与修正比例导引的复合修正算法设计

为提高旋转稳定弹的精确打击能力,该文以安装固定鸭舵式二维弹道修正组件的修正炮弹为对象,针对旋转稳定弹的控制特点,设计出一种基于摄动落点预测与修正比例导引律相结合的修正算法。针对弹道的升弧段与降弧段,分别推导出摄动落点预测偏差与修正比例导引的控制信号,并根据弹体传函建立出全弹道复合算法的控制信号。通过仿真,在仅考虑弹丸的随机扰动情况下,修正弹弹道落点的纵向标准差为22.835 7 m,横向标准差为23.579 2 m,圆概率误差为27.507 0 m。仿真结果表明,摄动+比例导引的复合导引算法可有效提高该修正弹的射击精度,减小落点散布。     

基于摄动理论的弹道修正榴弹落点偏差预测

榴弹二维弹道修正引信要求选用精度高、计算量小的落点预测算法,弹道积分外推和多项式拟合均不满足该要求。针对该问题,提出了基于摄动理论的落点偏差预测算法,通过射前装定基准弹道和偏导数实现榴弹落点偏差的准确预测。基于摄动落点偏差预测的数学原理,采用数值解法研究了计算步长、偏导数阶数、基准弹道和偏导数行数的选取原则,并用二阶渐消记忆滤波的方法减小了GPS测试误差对预测精度的影响,采用仿真的手段对预测精度和在弹道修正榴弹上使用的有效性进行了分析。仿真结果表明,摄动落点偏差预测在基准弹道的邻域内有较高的预测精度。     

基于落点预测补偿的激光末修弹脉冲点火相位研究

为得到脉冲控制激光半主动末段修正弹落点精度更高的修正力作用方向,提出在传统点火相位计算基础上加入落点预测补偿,并通过建立激光探测器目标方位模型,结合脉冲力的纵向和横向修正能力的分析,推导出改进后的点火相位。采用六自由度弹道仿真进行验证,结果表明,采用文中点火相位进行弹道修正后,落点偏差明显减小,平均脱靶量从56.3m减小到13.1m,圆概率误差从48.1m减小到12.4m,证明了该方法的有效性,为末段修正弹控制策略的设计提供了理论依据。     

弹道修正迫弹制导方法与制导精度研究

针对传统迫击炮弹落点精度差,打击精度低,设计了迫击炮弹弹道修正算法,采用摄动落点偏差预测法、自适应比例导引法、自适应比例微分导引法对弹道进行修正。建立了六自由度弹道模型及控制模型,阐述了摄动落点偏差预测法和比例导引法基本原理; 针对比例导引律中常值比例系数不符合实际弹道变化的特点,在纵向平面设计了自适应比例导引律,横向平面设计了自适应比例微分导引律。采用蒙特卡洛模拟打靶仿真验证,考察制导律在纵向平面、横向平面以及复合制导的修正能力。仿真结果表明,在纵向平面,自适应比例导引律效果最好; 在横向平面,自适应比例微分导引律效果最好。仿真分析了3种制导方法的复合制导效果。仿真结果表明,在纵向平面升弧段采用摄动落点偏差预测制导方法,以及在降弧段纵向平面采用自适应比例导引律、在横向平面采用自适应比例微分导引律的复合制导能力得到有效提升,迫击炮弹落点圆概率误差从无控时的126.317 m降为0.965 5 m。大射角、小射程条件下模拟打靶,圆概率误差为1.864 3 m。     

基于引信头锥摆动的火箭弹弹道修正方法

针对现有火箭弹头锥摆动方法不适用于库存火箭弹的问题,提出基于引信头锥摆动的弹道修正方法。该方法通过电机驱动控制引信头锥摆角改变全弹气动外形,产生二维弹道修正所需附加修正力及力矩,达到修正弹道落点的目的。气动仿真结果表明:阻力系数仿真值与风洞试验值的相对误差不超过20%,且弹道仿真结果与原火箭弹的方向、距离误差对比表明,头锥摆动式弹道修正引信的修正能力可以基本满足二维弹道修正的要求。     

基于GPS测量的弹道落点快速算法

将GPS接收机应用于弹道修正引信的关键技术之一是根据GPS测量的一部分弹道数据预测弹道的落点.文中采用正交多项式拟合弹道和误差补偿的方法预报弹道的落点,大大降低了预报落点的偏差,对GPS应用于弹道修正引信弹道的解算具有重要意义.     

固定鸭舵控制误差对修正弹落点散布的影响

针对不同控制误差条件下弹丸的落点散布规律,分析了控制误差的表现形式,将控制误差近似描述为均值误差和抖动误差两项之和,设计了基于七自由度弹道模型的蒙特卡洛打靶仿真实验,得到了不同误差条件下修正弹的落点散布。仿真结果表明,固定鸭舵滚转角控制均值误差和固定鸭舵抖动误差都会增大修正弹落点散布,降低命中精度,且固定鸭舵抖动产生的影响大于控制均值误差的影响。该项研究可为固定鸭舵式二维弹道修正弹控制算法优化提供依据。     

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。     

阻尼片横向弹道修正的落点预测方法

为了减小旋转稳定弹的横向落点散布,对一种采用阻尼片调节弹道偏流的横向修正方案进行了研究。实现横向弹道修正的核心是落点预测,故对该横向修正方案的原理及有效性进行了分析,由此提出落点预测模型应满足的要求。针对无控弹道的升弧段和降弧段,分别推导出相应的弹道解析预测模型,并通过考虑弹丸的动力平衡角和转速特性,建立了一个可计及阻尼片作用的三自由度弹道模型。经后处理的炮射试验数据验证以及不同条件下的弹道仿真,结果表明,该横向弹道落点预测模型在线计算量较小,预测误差约为20m,可满足工程应用中对落点预测模型计算速度和精度方面的要求。     

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°。     

155mm固定翼双旋弹二维弹道修正引信的翼面转速特性及修正能力研究

二维弹道修正引信实现弹道修正的前提是对头部翼面部分转速进行控制。基于155 mm 固定翼双旋弹二维弹道修正引信平台,分别对双旋环境下弹体和翼面的转速特性进行了分析。建立翼面作用下双旋弹丸运动模型,采用计算流体力学软件对二维弹道修正引信进行数值模拟,计算得到了翼面各项气动力参数;通过对二维弹道修正滚转通道动力学方程展开分析,以弹丸和头部翼面部分转动惯量为基础,综合分析了翼面转动惯量、摩擦力矩、翼面滚转阻尼力矩和翼面导转力矩对全弹道转速、落点、横向偏差、攻角的影响;在转速控制基础上对155 mm 固定翼二维弹道修正引信修正能力进行了评估。研究结果表明：二维弹道修正引信导转翼面角度取5.0°~5.5°、修正翼面角度取8°~9°时可以满足控制所需的平衡转速和修正能力要求;双旋转速仿真结果可以反映弹道修正引信、精确制导组件等双旋弹丸的转速特性,为此类双旋弹丸翼面部分设计提供了理论依据。     

基于摄动理论的动态弹道偏差阈值修正方法

基于摄动落点偏差预测的弹道修正方法具有落点偏差计算精度高,弹上计算量小等优点。研究了基于该理论在二维弹道修正应用中相关的系列问题。基于多元函数的泰勒级数展开理论,推导了完整的摄动落点偏差预测理论模型。基于摄动偏差理论提出了一种修正步长自适应的射角诸元快速求解方法,一般循环解算弹道模型不超过3次即可得到落点误差不超过1 m的射角诸元。基于不同弹道位置上平均弹道误差,给出了偏导数求解中弹道偏差设置方法。提出了一种动态弹道偏差阈值修正方法,选用该方法进行弹道修正,平均弹道修正次数减少29.1%,而弹丸落点CEP增大不明显。     

某型弹道修正弹落点散布规律研究

为了得到某型弹道修正弹的落点散布规律和射击精度评定方法,以蒙特卡洛打靶获取的落点数据为基础,通过基本的数值统计分析、直方图法、概率纸法、偏度峰度法以及SPSS软件分析等方法,对修正弹落点散布情况进行统计分析,确定了其散布服从二维正态分布,得到了相应的概率密度函数,对比了修正弹与无控弹的射击精度。结果表明,弹道修正弹射击精度的评定可以采用与无控弹同样的指标和计算方法,为修正弹项目验收的射击精度评定部分以及后续的作战使用提供了理论和技术支撑。     

二维弹道修正弹修正机构气动特性研究

二维弹道修正弹气动力特性的研究是求解二维弹道修正弹弹道、分析二维弹道修正弹飞行稳定的基础,是实现精准控制、减小散布必要的理论支撑.该文对二维弹道修正弹的力学特性进行了分析,采用弹翼组合体气动特性工程计算方法,建立二维弹道修正弹气动计算模型,对二维弹道修正弹的升力和阻力进行计算.计算结果与CFD仿真结果对比,误差均小于1...     

弹道修正引信及其旋转隔离技术综述

概述了国外弹道修正引信的发展现状,根据修正能力的不同,可分为一维弹道修正引信和二维弹道修正引信,按照引信上弹道修正执行机构的特点又将二维弹道修正引信分为CCF型、GIF型和PGK型,分析了各种弹道修正引信的修正机理和技术特点以及国内在相关技术领域存在的主要差距。介绍了弹道修正引信旋转隔离技术的作用、工作环境和工作要求,概述了该技术的国外研究现状,并对其进行分类总结。对比国内在旋转隔离技术上的相关研究,对将来国内在该领域的发展进行了展望。     

弹道修正引信发展综述

弹道修正引信可以解决火炮、弹药在远程化的同时散布加大的问题,为促进弹道修正引信的发展,介绍了弹道修正引信的发展史;介绍了法国"斯帕西多"、英德"欧洲"、美国PGK、MGK、英国"银弹"、俄罗斯"迪纳米卡"等典型弹道修正引信及其特点;归纳了弹道修正引信效费比高、可通用于多种口径弹药、可使库存传统弹药灵巧化等一系列优点。提出应当大力发展弹道修正引信,并且一维、二维同步发展。     

二维弹道修正引信弹道辨识模型及精度仿真分析

文中提出利用卡尔曼滤波技术来建立二维弹道修正引信弹道辨识模型,在弹道方程基础上建立了卡尔曼滤波的弹道辨识状态方程和量测方程,构建了二维弹道修正引信弹道辨识模型算法;利用均匀设计方法对弹道辨识模型的精度进行了仿真分析,仿真结果表明基于卡尔曼滤波技术的弹道辨识模型可以满足弹道修正引信的系统精度要求.     

基于平衡力矩法的二维弹道修正引信摩擦力矩测试方法

针对目前文献未披露二维弹道修正引信摩擦力矩测试方法,仅是在选取的特定条件下对轴承摩擦力矩进行测试,不能满足轴承在二维弹道修正引信中作用时高过载、高转速的工况要求,无法得到轴承在二维弹道修正引信全寿命周期摩擦力矩值的问题,提出了基于平衡力矩法的二维弹道修正引信摩擦力矩测试方法。该方法考虑了轴承装配、高转速和高过载对摩擦力矩的影响,将轴承装配在二维弹道修正引信中,使用马歇特锤和高速转台分别模拟引信高过载和高转速的环境,通过所设计的装置实现摩擦力矩测试。试验验证表明,该方法可有效测得不同转速、经受轴向和径向高过载后二维弹道修正引信摩擦力矩值,测试操作性强,测量条件范围广。由数据分析可知转速和径向过载对二维弹道修正引信摩擦力矩值影响较大,轴向过载对摩擦力矩值影响并不明显。与理论计算值相比,结果更加符合实际,接近真实值。     

利用脉冲推力矢量修正弹道的方法研究

本文基于落点平面上的误差量作为弹道修正的基本原理，对利用一组安装在火箭弹头部环向均匀分布的侧向脉冲发动机提供的多次、恒定的控制力。实现修正弹道的方法进行了研究。同时以某尾翼稳定火箭弹为例，根据运动方程建立了其数学模型，通过仿真证明了该方法可减小火箭弹落点的散布。     

用于弹道修正引信的聚磁式磁力矩电机

针对当前已用于弹道修正引信的磁力矩电机无法同时满足尺寸限制与输出转矩要求的问题,提出了适用于弹道修正引信的聚磁式磁力矩发电机。该电机气隙处磁密的幅值达到了1.9 T,比单个永磁体高出50%左右,具备良好的聚磁性能,减小了电机的轴向尺寸。仿真计算结果表明,电机在各转速差下的负载转矩至少高于弹道修正引信气动力矩的20%,能够满足某型固定鸭舵式二维弹道修正引信的修正能力要求。