本文關(guān)鍵詞：柔性自旋飛行器動力學(xué)分析與穩(wěn)定性研究

  更多相關(guān)文章： 柔性自旋飛行器 陀螺效應(yīng) 橫向振動 隨動推力 穩(wěn)定性 氣動彈性

【摘要】：隨著現(xiàn)代彈箭技術(shù)的發(fā)展,對彈箭的射程、精度等指標(biāo)要求越來越高。為了達(dá)到更高的戰(zhàn)技指標(biāo),彈箭飛行器做的越來越細(xì)長,彈體結(jié)構(gòu)的彈性變形已不可忽略,此時應(yīng)該將其視為柔性彈箭來進(jìn)行分析,不宜再采用剛體模型。同時采用自旋飛行模式的這類彈箭飛行器,在結(jié)構(gòu)的彈性小變形、剛性大運動以及繞軸向自旋的耦合作用下,其運動形式將變得更為復(fù)雜。因此,在對這類飛行器總體設(shè)計時,必須充分考慮自旋和柔性所帶來的獨特的動力學(xué)特性、氣動彈性以及穩(wěn)定性等問題。開展柔性自旋飛行器的動力學(xué)研究,研究自旋彈箭振動的相關(guān)理論,揭示自由飛行時彈箭共振及失穩(wěn)的機(jī)理,將具有重要的理論意義和實際工程意義。本文的研究工作主要以柔性自旋飛行器為研究對象,考慮了多種因素的影響,建立了柔性自旋飛行器自由飛行時的一般運動方程,分析了自旋引起的陀螺效應(yīng)對彈體結(jié)構(gòu)動力特性的影響,研究了飛行器主動段隨動推力作用下的結(jié)構(gòu)動力特性問題,并對自由飛行時做一般運動的柔性自旋飛行器的氣動彈性穩(wěn)定性和動力響應(yīng)情況進(jìn)行了分析和總結(jié)。首先將轉(zhuǎn)子動力學(xué)的基本思想融入到時飛行動力學(xué)和外彈道學(xué)中,將柔性彈箭簡化為自由邊界條件下非均勻的轉(zhuǎn)子梁軸模型,利用假設(shè)模態(tài)方法對連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行離散,考慮陀螺效應(yīng)、剪切變形、隨動推力作用以及氣動彈性效應(yīng)等多種因素,通過非保守系統(tǒng)拉格朗日方程推導(dǎo)出柔性自旋飛行器飛行時的一般運動方程,該方程包括飛行器的彈性振動微分方程、角速率方程和攻角方程,由此得到了較為全面的自旋柔性飛行器的動力學(xué)模型。考慮自由飛行時飛行器結(jié)構(gòu)的自振特性,此時忽略了飛行器的剛性大運動和氣動力的作用,計入陀螺效應(yīng)、轉(zhuǎn)動慣量以及剪切變形的影響分析了飛行器結(jié)構(gòu)的彈性振動特性,采用有限元方法建立了自旋飛行器橫向振動的運動方程和頻率方程,驗證了轉(zhuǎn)子動力學(xué)方法在自旋飛行器橫向振動問題當(dāng)中的適用性,并通過數(shù)值仿真分析了彈體進(jìn)動頻率和不平衡響應(yīng)隨轉(zhuǎn)速變化的情況。在自振特性研究的基礎(chǔ)上計入了隨動推力的作用,推導(dǎo)了推力和軸向力引起的單元剛度矩陣,采用有限元方法建立了隨動推力作用下的自旋飛行器橫向振動微分方程和頻率方程。研究了柔性飛行器的自旋和隨動推力對結(jié)構(gòu)橫向振動的影響,對不同條件下臨界推力及穩(wěn)定性情況進(jìn)行了分析,同時對隨動推力作用下的不平衡響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值仿真,分析和總結(jié)了結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)條件。計入飛行器的剛性大運動和氣動力的作用,對柔性自旋飛行器飛行時的一般運動方程進(jìn)行合理的簡化和變換,分別得到了柔性自旋飛行器的氣動彈性穩(wěn)定性方程和用于實際工程求解的運動微分方程。針對典型外型的自旋飛行器,分析了不同轉(zhuǎn)速、隨動推力、結(jié)構(gòu)阻尼、是否考慮馬格努斯效應(yīng)等因素對飛行器氣動彈性靜穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性的影響,同時對不同條件下氣動力和質(zhì)量偏心力作用時的動力響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值計算。計算結(jié)果表明,影響柔性自旋飛行器穩(wěn)定性的因素并不單一,轉(zhuǎn)速、推力、結(jié)構(gòu)阻尼等因素都會對飛行器穩(wěn)定性造成不同程度的影響,在穩(wěn)定性分析時需要對這些因素進(jìn)行綜合的考慮和分析。針對以上推導(dǎo)的相應(yīng)理論和公式,編制了相應(yīng)的數(shù)值計算程序。對部分?jǐn)?shù)值計算結(jié)果與其他研究成果進(jìn)行了對比,較好地驗證了本文理論和計算程序的正確性和有效性。通過開展本文研究,為自旋彈箭的工程設(shè)計提供相關(guān)的基礎(chǔ)理論支撐,實現(xiàn)彈箭系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計,優(yōu)化外彈道特性,提高彈箭的研制水平。
【關(guān)鍵詞】：柔性自旋飛行器 陀螺效應(yīng) 橫向振動 隨動推力 穩(wěn)定性 氣動彈性
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V212
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 引言11-12
• 1.2 課題來源與研究意義和目的12-13
• 1.2.1 課題來源12
• 1.2.2 研究的意義和目的12-13
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-21
• 1.3.1 參考坐標(biāo)系13-14
• 1.3.2 彈體模型的選取14-16
• 1.3.3 氣動彈性問題及穩(wěn)定性研究16-19
• 1.3.4 推力作用及穩(wěn)定性研究19-21
• 1.4 國內(nèi)外研究綜述小結(jié)21-22
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新工作22-24
• 1.5.1 主要研究內(nèi)容22-23
• 1.5.2 本文創(chuàng)新工作23-24
• 第二章 柔性自旋飛行器的運動方程24-49
• 2.1 基本假設(shè)24
• 2.2 坐標(biāo)系定義24-27
• 2.2.1 地面坐標(biāo)系25
• 2.2.2 彈體坐標(biāo)系25-26
• 2.2.3 微元坐標(biāo)系26-27
• 2.3 模型的建立27-40
• 2.3.1 平均彈軸條件28
• 2.3.2 動能28-34
• 2.3.3 彈性勢能34
• 2.3.4 阻尼耗散能34
• 2.3.5 作用力與力矩34-37
• 2.3.6 功與虛功37-40
• 2.4 運動方程的建立40-48
• 2.4.1 假設(shè)模態(tài)法40-45
• 2.4.2 拉格朗日方程45-46
• 2.4.3 運動方程的建立46-48
• 2.5 本章小結(jié)48-49
• 第三章 自旋飛行器轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性研究49-65
• 3.1 轉(zhuǎn)子動力學(xué)方程49-50
• 3.2 有限元方法建立運動方程50-54
• 3.3 進(jìn)動頻率與臨界轉(zhuǎn)速分析54-59
• 3.3.1 頻率方程54-55
• 3.3.2 實例分析55-59
• 3.4 不平衡響應(yīng)分析59-64
• 3.4.1 不平衡載荷59-60
• 3.4.2 響應(yīng)實例分析60-64
• 3.5 本章小結(jié)64-65
• 第四章 自旋飛行器的推力穩(wěn)定性研究65-82
• 4.1 推力作用下的橫向振動方程65-67
• 4.1.1 假設(shè)模態(tài)法推導(dǎo)的橫向振動方程65-66
• 4.1.2 有限元方法推導(dǎo)的橫向振動方程66-67
• 4.2 推力穩(wěn)定性分析67-75
• 4.2.1 系統(tǒng)特征值與穩(wěn)定性關(guān)系67-68
• 4.2.2 穩(wěn)定性分析算例68-75
• 4.3 瞬態(tài)響應(yīng)數(shù)值計算75-81
• 4.4 本章小結(jié)81-82
• 第五章 柔性自旋飛行器的氣動彈性穩(wěn)定性及動力響應(yīng)研究82-110
• 5.1 氣動力的計算82-84
• 5.1.1 彈身部分法向力82-83
• 5.1.2 尾翼部分法向力83
• 5.1.3 馬格努斯力與力矩83-84
• 5.2 氣動彈性穩(wěn)定性分析84-96
• 5.2.1 氣動彈性穩(wěn)定性方程84-87
• 5.2.2 氣動彈性穩(wěn)定性計算87-96
• 5.3 自旋飛行器飛行時的動力響應(yīng)分析96-108
• 5.3.1 運動方程的簡化與變換97-100
• 5.3.2 動力響應(yīng)的數(shù)值分析100-108
• 5.4 本章小結(jié)108-110
• 結(jié)論110-113
• 參考文獻(xiàn)113-119
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單119-120
• 致謝120-121
• 作者簡介121

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊超;黃超;吳志剛;唐長紅;;氣動伺服彈性研究的進(jìn)展與挑戰(zhàn)[J];航空學(xué)報;2015年04期

2 楊國良;王學(xué)德;穆小紅;劉玉林;陳慧;;不同氣動載荷對大長徑比彈箭柔性變形的影響[J];彈箭與制導(dǎo)學(xué)報;2014年03期

3 楊國良;王學(xué)德;穆小紅;王志偉;張聲奇;;柔性變形對大長徑比彈箭氣動特性的影響[J];彈箭與制導(dǎo)學(xué)報;2013年06期

4 郭東;徐敏;陳士櫓;;彈性飛行器飛行動力學(xué)建模研究[J];空氣動力學(xué)學(xué)報;2013年04期

5 許兆慶;吳軍基;薛曉中;孫慧;;彈性導(dǎo)彈側(cè)向動態(tài)特性分析[J];彈道學(xué)報;2012年01期

6 劉萬剛;高宏超;方養(yǎng)田;葉正寅;張偉偉;;細(xì)長彈箭自由飛行狀態(tài)下的靜氣動彈性分析[J];航空制造技術(shù);2011年19期

7 惠俊鵬;楊勇;楊建民;;導(dǎo)彈氣動彈性穩(wěn)定性分析[J];導(dǎo)彈與航天運載技術(shù);2010年04期

8 劉萬剛;張偉偉;蔣勝矩;趙志軍;朱紅星;;彈性變形對大長細(xì)比彈箭氣動特性的影響研究[J];彈箭與制導(dǎo)學(xué)報;2010年02期

9 張雷;王永;;尾部有推力自由梁的振動分析[J];彈道學(xué)報;2010年01期

10 楊超;許峗;謝長川;;高超聲速飛行器氣動彈性力學(xué)研究綜述[J];航空學(xué)報;2010年01期

，

本文編號：696720