固定鸭舵式二维弹道修正榴弹偏流特性分析

安装二维弹道修正引信后大口径榴弹的弹道特性发生了较大变化,偏流等弹道特性和修正控制机理的研究是面临的重要问题。针对该问题,基于双旋弹丸的攻角方程,通过无控和有控两种状态下动力平衡角和偏流解析表达式的推导,定性分析了偏流的影响因素,并采用系数冻结法给出了偏流的定量计算方法。通过分析有控状态下控制力项对动力平衡角和攻角变化的影响,研究了修正控制对偏流的影响规律。仿真结果表明,弹体转速、射角、飞行时间、固定鸭舵滚转角等是影响偏流的重要因素,所给出的偏流计算方法可较精确的计算偏流值。研究结果可应用于固定鸭舵式二维弹道修正榴弹的总体设计中,对该型弹丸的研究具有理论和工程意义。

固定鸭舵式弹道修正弹二体系统建模

固定鸭舵式二维弹道修正弹修正组件相对弹体具有不同的滚转角速度,传统6D弹道模型不能有效描述弹丸的运动特性和规律。针对该问题,在修正组件和弹体无气动耦合的假设下,研究了修正组件、弹体的运动与弹丸运动的关系,分析了弹丸飞行过程中两刚体间的相互作用,综合两刚体的运动学和动力学方程建立了7D弹道模型。针对某型尾翼稳定弹建立了仿真模型,并对不同面积、不同舵偏角、不同修正组件质量3种状态进行了仿真分析。仿真结果表明,该模型可有效描述弹丸在飞行过程中的运动状态,且能够反映弹丸的弹道特性和运动规律。该模型可用于该型弹丸的弹道解算,并为该类弹丸的研究提供依据。

固定鸭舵双旋弹动态稳定性分析

针对一种固定鸭舵双旋弹,研究了滚转角控制量任意时变条件下的动态稳定性问题。在弹体固定面坐标系中给出固定鸭舵双旋弹的力方程组和力矩方程组,建立了角运动状态空间模型。运用Lyapunov方法研究了固定鸭舵双旋弹的动态稳定性问题,证明可以通过求解一个Riccati形式的线性矩阵不等式来判断其动态稳定性。利用复数平方根计算方法得出稳定因子表达式,基于界实引理定义了绝对稳定H∞范数。提出固定鸭舵双旋弹的绝对稳定性判据,包括稳定因子约束和绝对稳定H∞范数约束,外弹道仿真结果验证了该稳定性判据的正确性。

固定鸭舵双环PID制动控制算法

针对现有固定鸭舵制动控制算法不能及时准确制动的问题,提出了位置-速度双环PID制动控制算法。该算法包括位置和速度双环,位置环控制器根据目标滚转角和角位置反馈得到参考角速度,速度环控制器根据参考角速度与角速度反馈输出PWM波占空比值。仿真结果表明,该算法能够满足制动控制的技术指标要求,且在引入各项误差的情况下仍能保持稳定,具备一定的抗干扰能力,符合固定鸭舵制动控制的需求。

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。

固定鸭舵式二维弹道修正弹稳定性分析

在研究固定鸭舵式二维弹道修正弹受力的基础上,建立描述弹丸运动状态的7自由度刚体弹道模型.采用小扰动法将所建立的刚体弹道模型线性化,建立弹丸的扰动运动方程组,并给出李雅普诺夫意义下的稳定性判据.固定鸭舵式二维弹道修正迫弹的飞行试验表明,所建立的7自由度刚体弹道模型可精确描述弹丸的运动状态.在针对迫弹的研究中发现,弹丸扰动运动方程组的动力学系数具有对应相等的关系,进而将扰动运动方程组简化,得到低速滚转迫弹的稳定性判据,并验证判据正确性.

弹道修正弹固定鸭舵测姿方法研究

在弹道修正弹中,弹体的各种姿态多用地磁传感器、陀螺仪和加速度测量,由于结构限制,无法在修正鸭舵上直接安装各种测姿传感器.为此,阐述磁阻传感器姿态测量原理,提出一种以地磁传感器为主要测量元件,霍尔传感器辅助测量鸭舵滚转角的测量方法.通过制作试验样机对该方法进行实验验证,通过实验数据的误差分析确定了该测姿方法的可行性.

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。

固定鸭舵双旋弹角运动特性与控制稳定性研究

为深入理解固定鸭舵双旋弹的弹道修正力学本质,对固定鸭舵控制下的角运动特性和控制稳定性进行了研究。依据弹箭外弹道学知识,建立固定鸭舵双旋弹的复攻角运动方程,推导出起控后舵面控制力项对应的特解以及由此产生的起始扰动项对应的通解表达式,从理论上阐述了固定鸭舵起控后双旋弹复攻角运动是由复动力平衡角、复控制平衡角的强迫角运动和舵控起始扰动产生的自由角运动综合构成的运动,基于此提出了固定鸭舵双旋弹的控制稳定性条件,并通过求解舵面控制力和复扰动攻角引起的复偏角运动,分析了固定鸭舵双旋弹弹道修正的力学本质。控制固定鸭舵在不同滚转角方位时的弹道数值计算结果表明,理论推导的角运动解析解与数值解在频率和幅值上基本吻合,验证了本文推导的复攻角运动方程及其解析解和建立的控制稳定性条件合理可行,为该类弹丸的研制提供了理论依据与设计参考。

基于固定鸭舵的单通道控制研究

针对固定鸭舵弹道修正组件在旋转稳定榴弹中的应用问题,介绍了固定鸭舵的结构组成及工作原理。在分析双转式永磁无刷直流电机控制系统组成的基础上,建立了双转永磁无刷直流电机的数学模型,提出了一种电流、转速双闭环单通道滚转控制策略。通过双轴仿真测试转台,对电机控制效果及模拟飞行进行了模拟实验与测试,结果表明:该方式控制效果较好,控制精度较高,能够满足弹药简易制导的要求。

固定鸭舵双旋弹全弹道动态稳定性及其影响因素

为研究固定鸭舵双旋弹全弹道飞行时的动态稳定性问题,在小攻角条件下建立复攻角运动的状态空间模型,并应用霍尔维茨方法导出其特征根实部皆负的一般性条件.针对起控前/后前体滚转角的运动特点,利用常规旋转弹的稳定性分析方法,建立固定鸭舵双旋弹在不同飞行状态下的动态稳定性判据,其与常规旋转弹的形式相似,无控飞行时在升力和静力矩项中对应增加了舵面控制力和力矩项;有控飞行时进一步增加了有关项相对增量的影响.据此在后体参数确定的条件下推导舵面参数约束条件,并分析操纵舵控制力系数导数、安装位置和舵偏角对动态稳定性的影响,揭示了该类炮弹动不稳定形成的原因.对复攻角运动在不同条件下的仿真分析结果表明,当舵面引起的有关项相对增量同时位于无控和有控飞行的边界曲线内时,固定鸭舵双旋弹全弹道飞行动态稳定,验证了本文推导的动态稳定性判据和舵面参数约束条件合理,为该类炮弹的研制提供了理论依据与设计参考.

基于固定鸭舵的弹道修正弹建模与仿真

针对固定鸭舵和弹体具有不同的滚转角速度,传统六自由度弹道模型不能有效描述修正弹的飞行状态的问题,为研究固定鸭舵弹道修正弹的弹道特性,将弹丸与修正组件分别作为2个独立刚体建立六自由度弹道模型,分析了两者的运动耦合关系,建立了可表示具有相对滚转向量的七自由度弹道模型。以某型旋转稳定弹为例,通过基于Simulink的弹道仿真,得到了攻角、侧滑角的变化曲线,仿真结果表明该模型能够描述弹丸的弹道特性。

旋转控制固定鸭舵的导航初始化与控制算法研究

针对制导迫击炮弹的固定翼鸭舵导航初始化,设计了基于GPS信息的衰减记忆法扩展卡尔曼滤波算法,用于实时求解固定翼鸭舵的气动力合成矢量,然后结合固定翼鸭舵的气动数学模型,设计了固定翼鸭舵的导航初始化算法。并在直流电子负载系统的基础上设计了鸭舵的旋转控制算法,通过仿真试验验证了依靠GPS提供的位置速度信息和鸭舵滚转角速度信息可以快速实现固定翼鸭舵的导航初始化,为旋转控制固定翼鸭舵的工程应用,提供了理论参考。

基于固定鸭舵高速旋转弹气动特性

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。为了研究鸭舵的气动特性和选出最优气动布局,建立了二维弹道修正弹模型,对不同舵偏角和受力面积下的鸭舵所受阻力、升力和导转力矩以及相关系数进行动力学仿真。结果表明,随着舵偏角和受力面积的增大,鸭舵所受的阻力、升力和导转力矩随之增大,并确定了鸭舵的最优气动布局。研究结果对二维弹道修正技术研究有较好的参考作用。

基于双转式直流电机的固定鸭舵滚转控制研究

提出一种基于双转式直流电机作为控制执行机构的固定鸭舵弹道修正方案,即弹丸飞行过程中存在弹道偏差时,通过控制双转式直流电机的转速控制固定鸭舵修正舵面相对大地的位置,以消除弹道偏差,提高落点精度。基于双转式直流电机的原理,设计了相应的控制电路及控制算法,通过半实物仿真实验验证了双转式直流电机的控制效果。

干扰影响固定鸭舵制动精度的仿真

为了研究干扰对固定鸭舵制动精度的影响,介绍了双环PID制动控制原理和算法结构,分析了各项干扰的影响机理和表现形式,基于仿真实验对各干扰项对制动产生的影响进行了分析。结果表明:各项干扰对制动角的稳态均值影响不大,但会不同程度地加剧固定鸭舵的抖振。其中,滚转角测量误差会引起固定鸭舵的剧烈抖振。研究为制动控制算法的优化提供了依据。

固定鸭舵二维修正弹比例导引律参数优化

针对固定鸭舵二维修正机构控制力有限和比例导引法控制末段需用过载变化过大的问题,提出了一种基于重力补偿比例导引律的过载阈值控制策略。分析了固定鸭舵二维修正机构的控制力及力矩,以落点弹目距离最小为目标函数,选取纵向和横向平面导引系数及过载阈值为设计变量,在重力补偿比例导引律的基础上建立了导引律参数优化模型,并采用差分进化算法(DE)对其进行优化。最后通过外弹道仿真分别从控制段飞行稳定性、控制效率、控制机构过载及控制精度几个方面与传统比例导引律进行对比分析,同时使用蒙特卡洛法验证了控制策略的有效性。结果表明:与传统比例导引律相比,使用该控制策略提高了二维弹道修正迫弹的控制效率,有效降低了控制末段需用过载,弹道控制段飞行稳定性明显提高。

固定鸭舵飞行中的力矩特性分析与仿真计算

针对采用固定鸭舵修正组件进行弹道控制,使用永磁无刷直流电机的舵机控制系统,在出炮口后固定鸭舵修正组件随弹丸高速旋转时,无法起到修正作用的问题。结合固定鸭舵弹道修正弹飞行过程中的特点,分析了固定鸭舵在飞行过程中滚转方向所受力矩,在对固定鸭舵的导转力矩和极阻尼力矩进行气动仿真的基础上,确定了电磁力矩的取值范围,采用永磁无刷直流电机模型,对满足取值范围的电磁力矩进行仿真,验证了电磁力矩对固定鸭舵的控制效果。

固定鸭舵弹道修正组件发展

阐述了固定鸭舵二维弹道修正组件的概念;解释了工作与修正原理;对修正组件的减旋、弹道解测量、姿态测量、落点预测、轨迹控制等关键技术进行了综述。

固定翼鸭舵式双旋弹的制导控制算法研究

从降低制导武器成本和体积的角度出发,在GPS接收机和x轴陀螺仪等少量信息的基础上,根据双旋弹的抛物线飞行特性,提出一种基于调整固定翼鸭舵控制力矢量方向进行弹道修正的制导算法。此种制导方式并不需要精确的弹体姿态信息,通过GPS接收机数据估算弹体的当前姿态,并通过弹体的静稳定裕度保证飞行稳定性,实现落点偏差的有效修正。最后在分析姿态信息采集算法的误差范围的基础上,对制导控制算法的适用性进行了分析与验证。