四元数在单翼末敏弹扫描仿真中的应用

用欧拉角法表示单翼末敏弹扫描运动微分方程时,过多的三角函数计算容易导致系统微分方程出现奇点和传递误差,进而导致计算结果失真,针对此问题,选择四元数法来表示欧拉运动学方程,并对其系统微分方程进行修改,比较两者在描述单翼末敏弹扫描运动时的计算机仿真图形.结果表明,相比传统的欧拉角法,四元数法的算法更优化,适合于计算在各种姿态下的扫描运动,更能客观、准确地揭示单翼末敏弹的扫描规律.     

单翼与有伞末敏子弹的扫描比较及分析

末敏子弹的铅直落速、扫描频率及扫描间距是其稳态扫描的重要参数,对利用四元数法的欧拉运动学方程得出的仿真结果系统的比较了两种子弹的这些参数。结果显示单翼末敏子弹以其强非对称性的气动力结构形成的稳态扫描较之有伞末敏子弹具备落速更快、扫描频率更高、扫描间距更为密集的优点。鉴于实际作战环境中横风的存在,分别设定风速比较,结果表明单翼末敏子弹受横风的干扰较小。较之有伞末敏子弹,单翼末敏子弹有着无可比拟的优势。     

单翼末敏弹稳态扫描段影响因素分析

考虑到单翼末敏弹的稳态扫描段对其作战效能的影响至关重要,结合其强非对称的气动力结构参数,利用基于四元数法动力学方程的计算机仿真,逐一列举并探讨了翼长、转角、弹重、翼端物重和弹体相对中心对称轴转动惯量对铅直落速、扫描频率、扫描角及扫描间距的影响。仿真结果表明通过调整上述结构参数可以得到理想的扫描参数,其规律也为设计满足具体实战环境所需的单翼末敏弹提供了较好的理论依据。     

单翼末敏弹扫描运动研究

稳态扫描技术是末敏弹系统研制过程中的关键技术之一.本文在分析末敏弹现有稳态扫描技术优缺点的基础上提出了一种新的技术,即用端部配重的单侧翼,也即用人为的子弹质量和空气动力的强非对称实现稳态扫描.分析了此种末敏弹系统的受力情况,建立了系统的二体运动模型,并详细讨论了此模型中约束力及约束力矩的消元化简方法,推导出了适于上机编程的标准形式的方程组,并用其编制了诸元计算程序.程序算例表明这种结构可以实现稳态扫描并用作稳态扫描装置,该动力学模型可以用于末敏弹总体及其稳态扫描装置设计的研究中.     

双翼型无伞末敏弹稳态扫描运动数学模型

双翼型无伞末敏弹的运动过程存在强非线性、大攻角、有奇异点等现象,用欧拉角方程描述双翼型无伞末敏弹的角运动学方程时可能会出现奇异点而导致退化,针对此问题,采用四元数表示双翼型无伞末敏弹的欧拉角和欧拉方程,建立了其稳态扫描运动的数学模型,并对稳态扫描运动进行了数值计算.结果表明,基于四元数法的弹道数学模型能够正确地反映双翼型无伞末敏弹的稳态扫描运动规律,形成所需要的扫描运动轨迹,在计算过程中不会出现奇点而发散,该动力学模型可以用于无伞末敏弹大幅度姿态运动的总体设计等研究中.     

无伞双翼末敏弹稳态扫描段受力分析

为研究无伞双翼末敏弹的运动规律,针对无伞双翼末敏弹弹体结构不对称、质量分布不对称的特点,建立了相应的坐标系,给出了相应的坐标转换矩阵,分析了作用在其上的所有力和力矩,推导出了各力和力矩的表达式.以某组气动参数和结构参数为例,采用所建的力和力矩模型进行弹道计算,可以形成稳态扫描运动.表明所建模型是正确的,可用于指导该类末敏弹的总体设计.     

SC型双翼末敏弹尾翼结构方案设计

为寻求SC型双翼末敏弹实现稳态扫描的最佳气动外形,运用计算流体力学方法建立了SC型末敏弹的气动特性仿真模型,基于正交试验法对SC型尾翼末敏弹的翼片结构参数进行了优化设计。分析了尾翼面积、弯折角对SC型末敏弹气动特性的影响规律,得到了尾翼参数对双翼末敏弹阻力系数和极转动力矩系数影响的主次关系。在此基础上分析得到一种可以同时满足大阻力系数和大极转动力矩系数的末敏弹气动外形结构。优化结果显示,优化模型阻力系数较优化前增加5.14%,极转动力矩系数增加4.53%,高塔试验表明优化模型双翼末敏弹能在下落过程中保持稳定。研究方法和结果可为双翼末敏弹的气动布局和优化设计提供参考。     

末敏弹刚柔耦合系统动力学模型及仿真

基于Kane方法建立了末敏弹附柔耦合系统动力学模型并进行了仿真计算。模型将降落伞处理为柔性体,并用模态展开法表达降落伞的弹性位移,用混合坐标来秦达降落伞的位置,进行末敏弹系统的运动学分析。选取与末敏弹系统姿态相关的.10个广义坐标,引入偏速度,分别推导相应的广义惯性力、广义主动カ和广义内力。根据Kane方法的多柔体动力学理论,建立了10自由度的末敏弹系统刚柔两体动力学方程。利用该模型,用MATLAB进行编程计算,得到了某型末敏弹系统稳态扫描段的弹道结果,为末敏弹系统的总体设计提供参考。     

无伞双翼末敏弹翼片安装角对其稳态扫描作战指标的影响

为认清无伞末敏弹翼片安装角对其稳态扫描作战指标,如扫描角、扫描速率、扫描范围等的影响,通过四元数方法,建立了无伞双翼末敏弹的运动方程,对其稳态扫描阶段进行了数值仿真与分析。结果表明:相比于传统的欧拉法,四元数方法可避免数值仿真的退化,优化稳态扫描仿真结果;末敏弹翼片的安装角对扫描角、扫描速率、扫描间距有着重要影响;随着安装角的增大,扫描角和扫描间距逐渐增大,当扫描角过大时,末敏弹将出现失稳现象。该文研究有助于认清末敏弹的稳态扫描原理,对今后的工程试验具有重要的指导意义。     

Savitzky-Golay滤波方法在末敏弹稳态扫描测量数据处理中的应用研究

末敏弹稳态扫描数据测量精确与否直接关系到末敏弹在实战中能否锁定目标并形成精确打击,而在以往的稳态扫描数据处理中,应对波形记录数据出现削波、抖动及小信号现象处理不准确,作者提出应用卷积方法对数据进行最小二乘平滑和微分处理,建立完整的数据测量及后续处理的程序模型.实验结果表明:该方法扫描角数据处理较峰峰法测量精度更高,能够很好地克服转速测试常见波形问题,测试结果精确,可以应用于末敏弹稳态扫描数据处理程序中.     

末敏子弹稳态扫描角仿真模型研究

基于末敏弹的工程实践以及目前末敏子弹稳态扫描的研究现状,提出了以系统参数优化为目的的扫描角双频仿真模型。针对某末敏子弹,通过对实测扫描角数据的处理,获得了模型中相关参数的取值范围,并依据实际结果进行了扫描角模型对比。仿真结果表明,采用双频扫描角模型得到的目标捕获概率和命中概率与实际结果相比误差较小,优于单频扫描角模型。     

制导火箭末敏弹射击精度分析

制导火箭末敏弹是火箭制导控制技术和末敏弹技术有机结合的新型弹药,针对此前制导火箭与末敏子弹相结合的系统射击精度研究不够充分的问题,根据制导火箭末敏弹的工作流程和弹道特点,建立了各飞行段制导火箭和末敏子弹的弹道模型,通过分析各弹道段扰动因素的影响,对误差源进行了分配,运用Monte-Carlo法进行了射击精度仿真计算和分析。结果表明,制导火箭末敏弹系统射击精度(CEP)不大于60 m,与末敏子弹的扫描探测范围匹配,满足精确打击小幅员目标的要求。分析方法和仿真结果对完善制导火箭末敏弹指标体系、优化弹道方案以及作战使用时计算用弹量等具有重要意义,也可作为同类装备设计参考。     

气动偏心角对非对称翼末敏弹扫描运动的影响规律研究

针对非对称尾翼末敏弹的结构特点,建立适合力学分析的坐标系,分析考虑气动偏心角和大攻角非线性时的力和力矩模型,推导出六自由度运动微分方程组。以某非对称末敏弹结构为例进行数值仿真计算,计算结果与实验数据相吻合,表明：与非对称翼展开方向一致的气动偏心角能够诱导弹体产生稳定螺旋扫描运动,且扫描角必定与气动偏心角共面,扫描转速随气动偏心角的增大而减小,扫描角随气动偏心角的增大而增大,且大致成线性关系,为非对称翼末敏弹的结构设计和气动设计提供了理论参考。     

伞-弹系统九自由度动力学模型

子弹一降落伞系统具有非常复杂的动力学特性,综合应用降落伞动力学、多体动力学的理论和分析方法,建立了伞一弹系统稳定下降阶段的九自由度动力学模型,并利用试验数据对模型的有效性进行了验证分析。在此基础之上分析了阵风作用下子弹姿态运动特性及扫描点运动规律。研究成果可应用于一般伞一弹系统的设计分析、指导伞一弹空投试验。     

多管火箭炮刚柔耦合多体发射动力学仿真研究

以多刚体动力学和柔性多体动力学理论为基础,建立了刚柔耦合多体系统动力学方程;应用ADAMS、ANSYS软件,通过建立ADAMS模型,并在模型中引入柔性定向管,对某火箭炮系统进行了发射动力学仿真和分析,得到了全炮的受力及振动情况,为今后更精确的研究火箭炮的发射过程动力学特性提供了理论参考。     

基于四元数法变换的末敏弹扫描运动研究

针对用欧拉角方程描述末敏弹旋转扫描运动时可能会因出现奇异点而退化的问题,采用四元数表示末敏子弹弹体的欧拉角和欧拉方程,对末敏子弹的运动学方程组进行了变换。为了验证四元数变换模型的正确性和在描述末敏弹稳态扫描运动时的优点,用欧拉方程组模型与四元数变换模型进行了对比仿真。仿真结果表明,基于四元数法变换的弹道模型能够正确反映末敏弹稳态扫描的物理规律,可以很好地形成所需扫描轨迹,在计算中不会出现奇点,比欧拉方程模型更适于描述末敏弹扫描的大幅度不确定姿态运动。     

旋转伞-物体系统扫描角变化特性分析

导出了旋转伞—物体系统稳态扫描角及扫描角变化周期与系统转速、静态悬挂角、横向与纵向转动惯量比、物体质量以及悬挂点至弹体质心间距离的解析关系式。此关系式可用于旋转伞—物体系统的结构设计和运动参数分析。     

基于挠性吸气式高超声速飞行器的传感器容错控制

针对一类带有挠性的吸气式高超声速飞行器设计具有传感器容错能力的控制器。飞行器机体的刚性模态和挠性模态之间的强耦合作用不仅仅会直接影响到气动力和气动力矩,而且还会造成传感器的测量误差,尤其是给攻角测量带来加性扰动的影响,这给基于状态反馈控制器的设计带来了极大挑战。因此,为了解决这个问题,引入了比例积分型状态观测器,利用系统的输入和受干扰的输出重构出原系统的状态,然后利用重构的状态设计保性能控制器,在稳定该高超声速飞行器模型的同时,也使得给定的二次性能指标达到其最小的上界。本文的主要贡献在于成功地改进了传统意义上的状态反馈方法,并消除了因为挠性模态影响造成的传感器测量误差所带来的影响,这在实际工程中具有重要的意义。文章最后给出的仿真结果显示出了比例积分型状态观测器具有较好的动态性能,以及保性能控制器出色地完成了该模型高度和速度通道对指令信号的跟踪任务。