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火炮发射与控制学报 2022年第4期43卷 9-15,87页

作者：逯麒陈坤栗保明南京理工大学瞬态物理国家重点实验室江苏南京210094

电磁发射超高速制导弹药出炮口动压极大,伺服舵机控制无法满足铰链力矩需求,为了维持弹道飞行稳定性,需要采用主动起旋、高速滚转和减旋止摆等一系列滚转运动控制策略。针对电磁发射超高速制导弹药的急速滚转运动进行研究,提出了适用于... 详细信息

电磁发射超高速制导弹药出炮口动压极大,伺服舵机控制无法满足铰链力矩需求,为了维持弹道飞行稳定性,需要采用主动起旋、高速滚转和减旋止摆等一系列滚转运动控制策略。针对电磁发射超高速制导弹药的急速滚转运动进行研究,提出了适用于电磁发射超高速制导弹药的滚转运动稳定区域和减旋策略,通过对急速滚转过程进行建模仿真分析可知,电磁发射超高速制导弹药的滚转运动是一个高动态过程,滚转角速度变化与预置偏角、动压、起控时机等因素密切相关,主动起旋与减旋止摆控制策略为电磁发射超高速制导弹药飞行控制提供新颖可行的方法。

关键词：电磁发射超高速制导弹药滚转稳定性减旋止摆滚转控制

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带边条翼导弹滚转稳定性分析

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航空学报 2015年第10期36卷 3241-3248页

作者：耿玺史志伟程克明龚正刘超南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

为了分析带边条翼导弹模型的非线性自由滚转运动及滚转稳定特性,采用理论分析与动态测力试验、滚转自由度释放测量试验相结合的方式,对低速来流条件下模型0°~60°迎角范围内的滚转运动、滚转稳定特性随迎角变化的规律进行了研究。在10... 详细信息

为了分析带边条翼导弹模型的非线性自由滚转运动及滚转稳定特性,采用理论分析与动态测力试验、滚转自由度释放测量试验相结合的方式,对低速来流条件下模型0°~60°迎角范围内的滚转运动、滚转稳定特性随迎角变化的规律进行了研究。在10°迎角时,模型在4个＂＋＂形位置是滚转静稳定的并且在＂＋＂形位置上滚转运动保持平衡;迎角大于20°的范围内滚转静稳定的平衡位置变到4个＂×＂形位置上;并且迎角为20°时模型在＂×＂形位置滚转保持平衡,迎角大于30°后模型产生滚转极限环自激振荡运动,迎角达到60°时模型的滚转运动发散演变为高速旋转的形式。研究结果表明：模型滚转运动的形式决定于滚转力矩的静、动稳定特性。

关键词：导弹滚转运动滚转稳定性边条翼自由度释放

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考虑弹性效应的乘波体飞行动力学稳定性研究

考虑弹性效应的乘波体飞行动力学稳定性研究

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作者：尚逸鸣国防科技大学

学位级别：硕士

为满足长航程飞行需求,以乘波体为代表的高超声速飞行器的外形设计越来越趋于细长化、扁平化。进入工程研制阶段后,高超声速飞行器的结构占比需要由传统飞行器的30%以上降低至10%左右,加之长时间飞行导致的气动热累积加剧了飞行器结构... 详细信息

为满足长航程飞行需求,以乘波体为代表的高超声速飞行器的外形设计越来越趋于细长化、扁平化。进入工程研制阶段后,高超声速飞行器的结构占比需要由传统飞行器的30%以上降低至10%左右,加之长时间飞行导致的气动热累积加剧了飞行器结构刚度的下降,这导致其在气动载荷作用下的弹性变形不可忽略,因此,在刚体假设前提下对乘波体进行动力学问题研究的传统思路和方法势必存在一定的局限性。本文基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）技术系统研究了弹性效应对乘波体动力学稳定性的影响。论文主要研究内容如下:1)简要介绍了基于非结构网格的运动网格技术及其适用范围,并介绍了流动控制方程和弹性飞行器飞行动力学模型以及相应的数值求解方法。2)研究了弹性效应对乘波体静配平特性的影响。对不同刚度的乘波体进行了耦合结构变形的定常流场计算分析,计算结果表明:随着结构刚度降低,乘波体配平迎角增大,配平升阻比下降。从载荷重分布的角度解释了弹性效应影响配平特性的机理是由于弹性变形产生额外的抬头力矩,导致气动中心前移,静稳定裕度降低。3)研究了弹性效应对乘波体俯仰稳定性的影响。通过强迫俯仰运动仿真辨识了弹性乘波体的俯仰动导数,弹性效应使乘波体俯仰稳定性下降甚至会导致其发生动态失稳,来流马赫数和结构弹性变形对乘波体俯仰静稳定性的作用效果相反,但是相比于来流速度,结构变形对其俯仰静稳定性的减弱效果占主导作用。4)研究了弹性效应对乘波体滚转动力学稳定性的影响。数值仿真结果表明,弹性效应对乘波体的滚转静稳定性有一定的增强作用。当考虑弹性效应时,乘波体滚转振荡频率有所升高,滚转运动由点吸引子变为周期吸引子。在强迫俯仰/自由滚转耦合运动中,基于刚体模型发展的稳定性判据不再适用。

关键词：气动弹性效应乘波体静配平俯仰稳定性滚转稳定性两自由度耦合

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电磁发射制导弹药外弹道控制方法研究

电磁发射制导弹药外弹道控制方法研究

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作者：逯麒南京理工大学

学位级别：硕士

电磁发射制导弹药是一种适用于电磁轨道炮(electromagnetic railgun,EMRG)的超高速制导弹药(hyper-velocity projectile,HVP),其外弹道过程属于时变非线性系统。本文采用合理简化和假设,将电磁发射制导弹药外弹道飞行过程进行分段考虑,... 详细信息

电磁发射制导弹药是一种适用于电磁轨道炮(electromagnetic railgun,EMRG)的超高速制导弹药(hyper-velocity projectile,HVP),其外弹道过程属于时变非线性系统。本文采用合理简化和假设,将电磁发射制导弹药外弹道飞行过程进行分段考虑,分别展开滚转稳定性分析、弹道优化和控制系统设计等相关外弹道问题研究。本文提出了一种主动起旋、高速滚转、减旋止摆的飞行过渡策略,能够有效解决电磁发射制导弹药出炮口后一段时间内因初速过高、动压过大而导致的弹体高动态环境飞行稳定性问题。该阶段结合旋转弹体动态稳定性理论及舵机铰链力矩约束,通过理论推导和仿真分析得到适用于电磁发射制导弹药的合理预置舵偏角、滚转角速率极限、滚转稳定区域以及减旋止摆控制时机。为了实现电磁发射制导弹药对远程固定目标的精确打击和有效毁伤,本文提出了一种以最大动压限制条件为临界节点的分段轨迹优化设计方法,能够分别得到弹体旋转飞行阶段和主动控制阶段的最优轨迹。其中旋转飞行阶段,电磁发射制导弹药按照抛物线弹道自由飞行,不考虑飞行姿态和滚转运动带来的气动参数变化。其中主动控制阶段,本文采用hp自适应伪谱方法将非线性系统的最优控制问题离散化得到非线性规划问题,并针对边界条件、状态变量、控制变量、路径约束和性能指标进行设计,得到了针对固定目标进行打击的最短时间轨迹优化方案。针对电磁发射制导弹药主动控制阶段,本文采用线性化方法得到弹道特征工作点上纵向短周期线性时不变模型,并进一步设计了俯仰通道两回路过载自动驾驶仪和传统增益调度控制器,基本满足电磁发射制导弹药大空域、宽速域上稳定控制和平滑切换的要求。针对俯仰通道特征工作点设计得到的传统两回路自动驾驶仪和带PI校正的两回路过载自动驾驶仪,经仿真验证能够满足预期控制效果,但存在一定局限性。进一步地,为了使得带PI校正的两回路过载自动驾驶仪中增益参数能够根据飞行状态改变而平滑切换,本文以飞行高度和飞行速度作为调度变量,设计传统增益调度控制器并给出一定范围内的增益调度表。最后通过MATLAB/simulink平台仿真验证了所设计增益调度控制器的控制效果和抗干扰能力。综上,本文针对电磁发射制导弹药外弹道过程,基本解决了弹体滚转飞行稳定性、分段轨迹优化和控制系统设计等相关重点和难点问题,为后续深入研究提供了一定参考,推动了电磁发射制导弹药工程化应用进程。

关键词：电磁轨道炮超高速制导弹药滚转稳定性轨迹优化增益调度控制

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