旋转稳定二维弹道修正弹落点预测制导方法研究

针对旋转稳定二维弹道修正弹的落点预测制导方法设计问题,提出了一种通过两次落点预测修正一次弹道的制导方案。研究了固定舵产生阶跃激励时弹丸的攻角、速度方向及落点运动规律,得出了落点修正量的相位角较固定舵滚转角超前一个前置角。提出了通过两次落点预测获得修正落点偏差所需的固定舵滚转角的方法:第1次无控落点预测得到目标点与实际落点的偏差方位角,第2次有控落点预测得到落点修正量的相位角相对于固定舵滚转角的前置角。仿真结果表明,落点预测制导具有较好的落点修正效果。研究结果对该类弹丸的制导方法设计提供了参考。     

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。     

基于摄动理论的纵向弹道修正方法改进

舵机纵向修正能力随启控时刻的推后通常有先逐渐增大后逐渐减小的变化趋势。为提高纵向修正能力,从理论上分析了纵向修正能力变化趋势的形成原因,推导了基于摄动理论的纵向修正作用判别因子,并提出了以该判别因子为基础的纵向弹道修正改进方法。该方法通过在判别因子为正时设置常规的舵控相位,判别因子为负时设置与常规相反的舵控相位,使舵机在整个弹道上的修正作用不出现矛盾,从而扩展纵向修正时间、提高纵向修正能力。以装配固定鸭舵式二维修正引信的某型制导迫击炮弹为例进行了仿真,结果表明,该方法可将各射角的舵机纵向修正能力提高0~252%。通过蒙特卡洛模拟打靶验证了该方法应用于制导控制的可行性与有效性。     

迫击炮弹引信精确制导组件气动外形优化

为了给二维弹道修正精确制导组件气动外形设计提供参考,将Fluent流体仿真与编制的外弹道解算程序相结合。利用Fluent所得到的升力系数、阻力系数、俯仰力矩系数、赤道阻尼力矩系数以及稳定储备量等弹丸气动参数导入弹丸运动方程,分析其外弹道特性,对该二维弹道修正精确制导组件所使用固定鸭舵的舵截面翼型、面积、形状、斜置角、位置以及弹丸尾翼的形状和面积进行了气动优化设计。仿真验证结果表明,鸭舵添加后明显增大了弹丸阻力系数,并且鸭舵的位置越靠近弹体顶部,越不利于弹丸的稳定。对于所配用的迫击炮弹,鸭舵截面翼型取低速翼型系列中相对弯度为0,最大弯度为0,相对厚度为12%的NACA 0012翼型,单个鸭舵面积为723 mm~2、控制舵斜置角为4°、差动舵斜置角为6°、单个尾翼面积为4 567 mm~2,在弹丸初速341 m/s,射角45°时的最大横向修正距离可达112.61 m,满足设计要求。     

高旋二维弹道修正弹的角运动特性

为研究高旋二维弹道修正弹舵控后的攻角与速度偏角的特性,通过在无控弹角运动基础上增加控制组件提供的控制力和力矩,建立了其角运动方程,对起始扰动作用、瞬时控制力作用、长时间控制力作用下的弹丸攻角、速度偏角规律进行了分析。数值计算结果表明:高旋二维弹道修正弹受瞬时控制力作用时,产生的平衡攻角、平均速度偏角的方向与瞬时控制力方向大致相反; 在固定方位舵控力长时间作用下,平衡攻角、平均速度偏角方向与控制力方向近似成180°,相差一个小的角度; 攻角运动是由舵控力产生相反方向的攻角与重力产生向右的动力平衡角合成的,该攻角运动规律将影响弹道的质心运动。研究结果为高旋二维弹道修正弹的控制策略与控制方案设计提供了理论依据与参考。     

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。     

推力偏心对精确制导火箭弹的弹道影响仿真

为了研究推力偏心对精确制导火箭弹弹道的影响,通过对推力偏心的几何分析,建立了推力偏心的数学模型。采用蒙特卡洛法对火箭弹进行射击仿真实验。在推力偏心影响下,通过调整射角分别得到了在三个射角下主动段弹道散布情况,证明射角对距离散布较大;进行了燃气推力偏心和几何推力偏心对弹道散布的影响仿真,证明燃气推力偏心对弹丸的方向散布影响较大;进行了推力偏心对全弹道散布的影响仿真,证明全弹道散布超过了末制导的捕获域。     

简易控制火箭弹科氏力弹道修正量计算研究

建立简易控制火箭弹标准弹道方程,分析科氏惯性力对火箭弹弹道的影响;然后根据弹道修正理论,计算科氏惯性力影响下火箭弹弹道诸元,并与火箭弹标准弹道诸元比较,得出偏差值;最后,由不同射角、射击地点的纬度和射向下得到的偏差值,拟合出简易控制火箭弹科氏惯性力在全射程和射击方向上的修正公式.     

基于高斯伪谱法的枪榴弹制导算法

针对目前枪榴弹制导算法稀少，传统中大口径弹药的制导方法不适用于枪榴弹制导等方面的问题，提出基于高斯伪谱法的枪榴弹制导算法。该算法利用高斯伪谱法规划出一条最优弹道作为标准弹道，依据实时弹道和标准弹道的偏差生成制导指令。以修正能量和制导精度为指标，对该算法进行仿真验证，结果表明该算法具有修正能量小、制导精度高的特点，易于在枪榴弹上实现与应用。     

利用冲量改进闭路制导研究

基于需要速度的闭路制导要进行虚拟目标计算,在修正地球扁率和再人段空气动力的影响时通常只能采用线性化等简化手段,随着导弹技术的发展,由此而带来的方法误差所占比例必将增大.采用冲量制导概念,将标准弹道的某点作为虚拟目标进行需要速度计算及制导,不必对地球扁率和再入段空气动力进行修正,精确保证导弹飞至该点,再对导弹施加一瞬时冲量,可大大减小制导方法误差,从而提高弹道导弹的射击精度.     

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。     

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。     

带扰流片旋转稳定弹制导律研究

针对带扰流片旋转稳定弹转速很高造成运动响应方向与控制力作用方向存在偏差,导致制导方法设计困难的问题,为发展适用于带扰流片旋转稳定弹的制导方法,提出了一种基于速度追踪和参数优化的制导律。根据带扰流片旋转稳定弹的六自由度弹道模型,仿真分析了在制导律作用下弹丸的弹道特性和命中精度。仿真结果表明:所设计的制导律能够导引弹丸命中目标,满足控制精度要求,可有效减小干扰条件下的落点散布,提高射击密集度,且控制过程中扰流片方位角变化平缓,易于实现。     

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。     

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。     

模糊变结构在可重复使用运载器再入轨迹跟踪上的应用

为了减小可重复使用运载器(RLV)轨迹跟踪对气动参数及初始状态的依赖性,克服鲁棒性差的问题,在纵向跟踪制导方面,提出一种基于模糊变结构的轨迹跟踪方法。在侧向轨迹控制方面,提出了一种快速收敛的在线规划倾侧角反向时机的方法。仿真结果表明：采用模糊变结构的纵向跟踪控制方法,在存在较大初始状态误差及气动参数摄动的情况下,能较好地实现对标准轨迹的稳定跟踪,具有较强的鲁棒性;采用所设计的侧向制导方法可以实现反向点的在线规划,有效地提高了侧向制导的精度。     

考虑零控拦截的中制导最优弹道修正

针对临近空间防御作战问题,设计了考虑零控拦截的中制导段最优弹道修正算法。通过分析末制导阶段拦截弹和目标的相对运动关系,推导得到了零控拦截条件,此条件由目标和拦截弹的速度比以及二者速度矢量和视线之间的夹角唯一确定;针对目标信息更新造成的基准弹道不满足零控拦截条件的情形,提出了在中制导段进行最优弹道修正的方案,调整中制导和末制导交接班时刻拦截弹状态,以重新满足零控拦截条件;通过对基准弹道满足的最优化条件以及横截条件进行再次求导,推导得到了控制量的补偿量,此补偿量的求解考虑到了拦截弹的初始状态偏差以及终端约束偏差,确保了指令解算的可实现性。通过仿真验证了所提方法的有效性以及优越性。