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旋转导弹是一类系统相对简单、成本较低、可靠性较高的小型导弹,发展前景广阔。尤其是随着战术导弹向小型化、自动化、自主化的方向发展,旋转导弹已超越了传统的反坦克导弹领域,向着防空、舰载防御方向快速发展。特别是以美国“拉姆”导弹为代表的旋转体制导弹在末端防御应用上所取得的重大突破,促进了旋转弹以其轻型、廉价、高效的特点成为新一代的主力近程防御导弹。采用单通道控制的旋转弹在总体设计、控制系统设计方面与传统的倾斜稳定控制导弹有较大的区别,某些问题仍亟待解决。
本论文以旋转弹为研究背景,围绕旋转弹总体设计中可能遇到的问题,开展了一些有价值的研究,采用美国“拉姆”导弹外形尺寸为参考建立了具有姿态控制系统的旋转导弹模型,获得了若干有意义的结论。研究内容及工作主要体现在以下几个方面:
1.建立了旋转导弹动力学模型。推导了弹体系和准弹体系下的旋转导弹运动学和动力学方程组及其转换关系,得出了旋转弹弹体传递函数。
2.给出了弹体坐标系下的自动驾驶仪结构,通过旋转变换,将弹体坐标系下的自动驾驶仪回路变换到准弹体坐标系下,并进行了简化,在准弹体坐标系下确定了自动驾驶仪的参数。准弹体坐标系下的自动驾驶仪存在通道耦合问题,为了消除旋转导弹自旋带来的舵系统交联耦合,利用串联补偿法实现了自动驾驶仪的舵系统解耦。
3.分析了旋转弹马格努斯力和力矩的产生机理。研究了马格努斯力矩对旋转弹准弹体系过载偏差角的影响。仿真对比了加速度反馈自动驾驶仪和速率反馈自动驾驶仪对马格努斯效应影响的不同抑制能力。
4.建立了弹体系和准弹体系中旋转弹弹性变形方程;得出了旋转弹弹性传递函数;推导出了旋转弹固有频率表达式;得出了考虑弹性变形条件下旋转弹驾驶仪模型;设计了准弹体系陷波滤波器滤除结构谐波,增加了系统的稳定性。