鸭舵式双旋弹舵翼非线性控制力建模与分析

鸭舵式双旋弹通过调节前体滚转角方位进行弹道修正,建立准确的舵翼控制力模型是深入研究其弹道特性和进行弹道设计的关键。综合考虑弹体和各片舵翼之间的干扰作用,在非滚转系中利用傅里叶级数对前体纵向对称面相对复攻角平面方位改变产生的周期性效应进行变换,建立适用于该类炮弹大攻角飞行的精确舵翼控制力工程计算模型,从原理上显示其与四片舵翼结构参数、复攻角幅值和相位以及前体滚转角方位间的关系。通过计算流体力学数值方法对不同前体滚转角和复攻角下的舵翼控制力进行仿真分析。研究结果表明:受一对减旋舵和操纵舵的法向力共同影响,舵翼控制力的大小和方向变化均呈现出强非线性特征,在大攻角条件下尤其突出;在任意复攻角和前体滚转角情况下,所建模型能够准确描述鸭舵式双旋弹的舵翼控制力及各因素对它的影响,为该类炮弹的前体结构设计、弹道特性分析和弹道设计等提供了理论依据与参考。

鸭舵式修正弹弹道模型建立与仿真分析

为研究鸭舵式修正机构的修正能力,以某口径高速旋转稳定弹为模型,研究鸭舵对弹丸的作用力和力矩以及弹丸所受空气动力;并在弹箭外弹道学的理论基础上,利用外弹道学常用坐标系及它们之间的转换关系,构建出鸭舵式修正弹七自由度刚体运动方程的数学模型。基于气动分析结果,采用四阶龙格-库塔方法计算得到修正弹的外弹道参数,得出仿真弹道轨迹,并与实际弹道轨迹进行初步对比。研究结果表明,鸭舵式修正机构的仿真分析与实际弹道轨迹相符,并能够对修正能力进行预测。

鸭舵式迫击炮弹气动特性研究

可动双翼鸭舵式新型迫击炮弹的气动布局区别于传统固定鸭舵式修正迫弹,表现出不同的气动特性。基于计算流体动力学方法,采用气动分析软件对某新型迫弹进行气动仿真计算,获得不同条件下弹丸的阻力系数、升力系数和俯仰力矩系数变化规律及舵翼的受力情况。数值模拟结果表明:弹丸的阻力系数、升力系数和俯仰力矩系数随攻角和马赫数的增加而增大;舵翼力随舵偏角和马赫数的增加而增大;双翼鸭舵式迫弹整体气动特性良好。计算结果对可动舵翼修正弹的研究及设计具有一定的参考价值。

鸭式布局气动耦合问题研究

鸭式布局指空气舵位于飞行器前部,与正常式布局相比,鸭式布局空气舵的控制效率高、响应快、升阻比大,可以实现飞行器较小外包络尺寸约束下的强机动、高过载需求。同时,鸭舵尾迹作用在弹身/尾翼上产生较强的三通道气动耦合问题。通过对鸭舵控制三通道耦合机理的研究,针对鸭舵控制耦合的问题给出工程解决方案。

滑翔增程弹鸭式舵的气动设计与分析

为了保证滑翔增程弹箭在滑翔飞行过程中有效地增程,必须对滑翔弹箭的舵面进行气动设计与分析.阐述了制导炮弹舵面参数确定的原则,研究了滑翔增程弹舵面几何参数的选择、舵面尺寸确定的方法.仿真结果表明,采用该方法确定的舵面气动性能能够保证滑翔增程弹在滑控段飞行过程中稳定性适当,静稳定性储备量约在4%左右;操纵性较好,舵面偏转10°,能够产生约6°的平衡攻角;稳定性与操纵性、舵偏角和平衡攻角匹配较好,为滑翔增程弹舵面的气动设计提供了参考.

简易制导火箭弹鸭舵气动特性对弹道的影响

为研究基于鸭舵执行机构的简易制导火箭弹的控制规律,在以某制式火箭弹风洞实验值验证所建模型正确的基础上,利用MATLAB对其气动特性进行工程计算,利用ANSYS进行数值计算,得到火箭弹的气动力系数。在标准气象条件下,原方案射程为10 107 m,增加鸭舵动作后,方案射程减少到10 019 m。伸缩式鸭舵气动特性对方案弹道的影响较大。

鸭舵机构对旋转弹丸气动特性作用研究

针对普通高速旋转弹丸低命中率问题,建立了有舵弹丸与无舵弹丸数值仿真模型。仿真研究了有舵弹丸相对无舵弹丸关于阻力、升力、滚转力矩及其系数以及射程和横偏的影响,结果表明:在保证弹丸飞行稳定的基础上,有舵弹丸在减旋情况下相对于无舵弹丸射程、射高、横偏减小;适当控制鸭舵姿态可以修回安装鸭舵机构带来的射程损失,同时对发生偏离弹丸进行有效修偏。

单通道鸭舵控制对弹药攻角影响的仿真分析

单通道鸭舵控制是弹药智能化的一种重要控制方式。分析了新增鸭舵对弹体产生的力和力矩,建立了基于一对鸭舵控制的有控外弹道模型,推导了鸭舵控制力矩对弹体攻角的控制方程,研究了两种常用的舵机控制波形对弹体攻角的影响。经仿真对比表明,采用两状态控制波形和三状态的控制波形对弹体的周期平均效果相似,但两状态控制较三状态控制引起的弹丸攻角的摆动幅度更大,震荡过渡时间更长。此结论对于有控弹药控制方案设计提供一定参考。

具有鸭舵/尾舵多操纵面的导弹复合控制方法研究

提出了一种具有鸭舵/尾舵多操纵面的导弹复合控制方法。首先建立了导弹的数学模型并进行了小扰动线性化,构建了鸭舵/尾舵复合控制系统,基于序列二次规划法设计了鸭舵/尾舵复合分配策略,并在Matlab/Simulink平台上进行了仿真验证。仿真结果表明,设计的鸭舵/尾舵复合控制系统不仅具有良好的动态性能和稳态性能,还能够在减小阻力的同时确保导弹从低空低速到高空高速都具备高机动能力,证明了新算法具有较高的可信性和实用性。

鸭舵式修正机构修正能力的分析与研究

为了研究鸭舵式修正机构的修正能力,建立了不同舵高和不同舵偏角的二维弹道修正弹丸三维模型,采用了流体动力学和运动学的联合仿真,重点分析了弹丸的升阻比气动特性、舵片减旋和姿态控制,得出修正效果。得出结论:50 mm高的舵片对射程的修正效果最好,55 mm高的舵片对偏航的修正效果最好;舵偏角越大的舵片对射程和射高的修正效果越好,但对航偏的修正效果不佳,而偏角较小的舵片对航偏的修正效果较好。

固定舵二维弹道修正组件结构模型

为了满足二维弹道修正组件小型化设计要求,设计了3种二维弹道修正组件模型,应用Solid Works软件和ICEM软件分别建立3种修正组件的实体模型和网格模型,并利用Fluent软件进行气动特性数值计算,将计算结果进行对比分析,得出不同修正组件模型参数对气动特性的影响。研究结果表明,修正组件尺寸的减小会增大阻力系数;舵片形状和尺寸对阻力系数和升力系数影响较小,但是对滚转力矩系数影响较大,矩形结构的舵片对舵片周围气动特性会产生不利影响;在满足修正要求的前提下,可以适当缩小舵片面积来降低舵机控制难度,提升飞行稳定性。

简控火箭弹舵翼气动干扰特性研究

为了研究固定鸭舵简控火箭弹舵翼气动干扰特性,在验证数值方法适用性和可靠性的基础上,采用数值模拟方法对该弹气动特性进行仿真分析。计算得到不同弹长和不同舵翼相对夹角(鸭舵组件反旋角)工况下由鸭舵和尾翼产生的空气动力参数,仿真获得火箭弹外流场压力分布。研究分析了弹体长径比和舵翼相对夹角对鸭舵和尾翼气动特性的影响规律。结果表明:鸭舵与尾翼之间的气动干扰受弹体长径比影响,当弹体长径比达到一定数值时鸭舵对尾翼的气动干扰消失,且这种舵翼气动干扰特性对不同舵翼相对夹角情况同样适用;研究结果可用于简化固定鸭舵火箭弹气动特性的研究方法,提高火箭弹气动外形设计效率。

鸭舵形状及位置对制导榴弹气动特性的影响

为提升固定式鸭舵全弹的气动效率,对制导榴弹弹道修正组件进行结构设计以及气动特性分析。基于155 mm口径榴弹设计3种不同形状的鸭舵,利用数值仿真软件对3种舵片进行气动仿真,通过3种设计方案滚转力矩以及升阻比的对比进行优选,并对不同安装位置对气动特性的影响进行分析,得出气动效率相对较好的鸭舵形状以及轴向布局。结果表明:该设计具有一定的工程应用价值,可为基于鸭式舵的简易制导榴弹气动设计提供参考。

旋转体制下鸭式布局弹箭正弦打舵气动特性分析

为了研究鸭式布局弹箭正弦打舵滚转控制时非对称姿态飞行的气动特性,根据滚转周期内的飞行姿态建立了4组模型,进行风洞实验,得到全弹的气动力变化规律;采用基于三维Navier-Stokes方程求解的时空二阶精度的隐式迭代算法,建立数值计算模型,对流场进行数值模拟,得到不同攻角下飞行时的弹箭各部件气动力数据。结果表明数值模拟气动力数据与风洞实验结果有相似的变化规律。采用后处理软件分析了鸭舵下洗对尾翼的影响,得到结论:鸭式布局弹箭鸭舵洗流对尾翼干扰明显,非对称姿态下鸭舵对尾翼的洗流会使弹箭产生诱导滚转力矩,且该滚转力矩随攻角增大而增大。

基于序列二次规划法的导弹鸭舵/尾舵复合控制技术研究

提出了一种导弹鸭舵/尾舵复合控制方法,在导弹线性化小扰动模型的基础上设计了鸭舵/尾舵复合控制系统,并采用序列二次规划法优化了鸭舵/尾舵复合分配策略。在Matlab/Simulink平台上进行了仿真验证,对导弹控制系统的性能和过载能力进行了分析。仿真结果表明,设计的复合控制方法不仅能够保证控制系统具有良好的动态和稳态特性,还能够确保导弹的高空机动能力,证明了本文算法具有较高的可信性和实用性。

一种用于鸭翼控制的摇头型双圆环压电马达研究

针对制导弹药平台对舵机的紧凑、直驱等要求,提出了一种采用夹心式换能器诱发双圆环弯曲振动的复合型压电定子结构,由此可构成结构精巧的摇头型双圆环旋转压电马达,用以驱动鸭式舵翼产生特定的偏转运动。该马达中的复合定子主体为一个具有四片压电陶瓷片的夹心式换能器,分别在换能器两输出端设计了利于放大振幅的环形圆盘;夹心式换能器的摇头运动激励出两端环形圆盘的五阶弯曲模态,通过圆环将输出振幅进一步放大;两个圆盘形转子在一定的预压力作用下与复合型压电定子两端的圆环表面保持紧密接触,通过摩擦将圆环表面的椭圆轨迹转换为转子的旋转运动。设计了可用于某制导系统鸭舵偏转操纵的直驱马达结构,建立了基于夹心式换能器的双圆环形定子结构动力学模型,通过有限元软件对定子的模态进行了仿真分析,设计并加工出了样机。搭建了测试平台对样机的输出特性进行了实验,测试结果表明:该双圆环(双)输出轴马达可实现双输出轴同时旋转,在300 V峰峰值的驱动电压下,最大转速可达190 r/min,最大输出扭矩可达0.07 N·m。

高机动旋转导弹鸭式双通道控制研究

对高机动旋转导弹双通道鸭式控制进行了研究。介绍了双通道控制原理,分析了双通道控制的过载能力强,理论上对最低转速无要求,驾驶仪设计复杂度小,利于工程实现等相对单通道控制的优点。讨论了双通道控制考虑两对鸭舵滚转不对称、鸭舵下洗和气动非定常时的气动设计,以及转速设计中零转速、与弹体纵向响应频率和大机动转速变化对控制系统的影响的要点。研究认为高机动旋转导弹采用鸭式双通道控制可行。