旋转弹箭单通道控制系统参数设计

发布时间：2020-05-05 10:11

【摘要】：单通道控制的旋转弹箭具有系统组成简单、成本低、受制造误差影响小等优点,因此单通道控制技术在制导炮弹、制导火箭弹、反坦克导弹、防空导弹等领域得到了广泛应用。本文以低速旋转制导迫弹为研究对象,开展了低速旋转弹箭的弹道建模与优化设计、弹道特性分析、制导控制系统设计等方面的研究工作。首先,针对低速旋转制导迫弹采用的控制方式,定义了鸭舵坐标系,对制导迫弹弹体和控制舵机所受力和力矩进行分析,建立了制导迫弹七自由度空间运动方程组,为后续研究构建了基础理论模型。其次,考虑到低速旋转制导迫弹采用捷联式导引头进行末制导受到导引头视场约束,建立了考虑捷联式导引头视场约束的制导迫弹弹道优化模型,采用改进的粒子群算法直接获得方案攻角和飞行时间。仿真结果表明,优化所得弹道在满足各项约束条件的基础上能够在较高的弹道高度令捷联式导引头尽早地探测到目标。第三,采用小扰动假设和系数“冻结”法,推导出了低速旋转制导迫弹线性化运动方程组和弹体传递函数,并基于制导迫弹动态稳定性条件设计出合理的稳态转速。通过对旋转条件下制导迫弹的动态特性进行分析,进一步验证设计转速的合理性。第四,针对低速旋转制导迫弹单通道控制特点,设计了制导迫弹纵向、侧向制导律,讨论了单通道控制指令生成方案,对比研究了制导迫弹单通道开环、闭环控制方案效果。根据舵机伺服系统设计要求,建立了舵机动力学模型,设计了伺服电机速度环、位置环控制参数。最后,基于制导迫弹单通道控制系统和伺服电机控制系统进行七自由度弹道仿真。仿真结果表明,所设计的制导控制系统和相应的参数能够满足总体设计要求,本文的研究结果可以为低速旋转制导迫弹工程研制提供参考。
【图文】：

型制,炮弹,美国

础上发展出了旋转双通道控制。比较典型的有“拉姆Ｂｌｏｃｋ２”舰空导弹，其执行机构采逡逑用四个独立的电动舵机，舵面通过与弹旋同频率的正旋偏转运动控制导弹飞行；俄罗斯逡逑图拉设计局研制的由９Ｍ３１１导弹与双３０高炮构成的通古卡斯弹炮结合武器系统，采用逡逑无线电指令制导体制，鸭式布局双通道控制方式，不采用过载自动驾驶仪；同样是图拉逡逑设计局研制的“巴基斯昂”坦克炮射制导导弹，采用激光驾束制导，鸭式布局双通道控逡逑制方式，，采用冲压式空气振荡比例式舵机，不采用过载自动驾驶仪，通过弹上滚转姿态逡逑陀螺仪将制导指令分解给两对舵，陀螺仪有预装角，可以实现俯仰通道和偏航通道的解逡逑耦，同时为重力补偿提供方向信息。逡逑典型的两款末制导炮弹——美国的“神剑－ＸＭ９８２邋”（图１．２．１）和俄罗斯的“红土地”逡逑（图１．２．２）均采用的鸭式布局旋转双通道控制方式，“红土地”制导炮弹采用激光半主逡逑动寻的制导技术，不采用过载自动驾驶仪，通过沿纵轴安装的空间定向陀螺仪寻找重力逡逑射面实现过重力补偿，采用三位置继电式舵机作为执行机构，主要攻击坦克、装甲车、逡逑防御工事和炮兵阵地等；“神剑－ＸＭ９８２”复合增程制导炮弹，采用ＧＰＳ／ＩＮＳ组合制导方逡逑式，两对鸭舵作为执行机构，是一种发射后不管的全程自主式制导炮弹，主要用于对敌逡逑方有生力量、装甲车辆和防御工事实施精确打击。逡逑

迫击炮弹,精确制导

，修正弹道。近几年，为了实现在没有ＧＰＳ信号的情况下能够精确打击目标和增加逡逑弹的射程，美国陆军武器研发与工程中心通过在弹体头部加装光电／红外导引头逡逑体尾部加装火箭发动机对该制导迫弹进行了改进，最远射程可达１５ｋｍ；邋“晶面”逡逑击炮弹由俄罗斯图拉（ＴＵＬＡ）设计局在２０世纪９０年代末成功研制，采用激光逡逑制导方式，主要依赖于地面激光目标指示器，在末制导段利用弹出的主翼和鸭翼逡逑道修正，能够对５ｋｍ内的运动目标和７ｋｍ内的静止目标实施精确打击。此外，逡逑还研制出了单通道脉冲发动机控制方式的“勇敢者”邋２４０ｍｍ半主动激光末制导炮逡逑Ｐ１２０和ＧＰ１２０Ａ制导迫击炮弹是中国北方工业公司在２０１７年马来西亚兰卡威防逡逑公布的两款新型制导迫击炮弹。它们的制导方式均采用半主动激光制导，ＧＰ１２０逡逑方式是通过弹体质心处的横向脉冲推进组件调整方向修正弹道，其最小射程ｌｋｍ程６ｋｍ，圆概率误差（ＣＥＰ）小于５米。ＧＰ１２０Ａ的控制方式是利用弹体前部的逡逑舵控制翼面调整弹体姿态，其最小射程２ｋｍ、最大射程７．５ｋｍ，能够攻击运动中逡逑，并且当目标移动速度小于３６ｋｍ／ｈ时，命中率超过９０％。逡逑
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ410.2;TJ7

【参考文献】