【摘要】：單通道控制的旋轉(zhuǎn)彈箭具有系統(tǒng)組成簡單、成本低、受制造誤差影響小等優(yōu)點,因此單通道控制技術(shù)在制導(dǎo)炮彈、制導(dǎo)火箭彈、反坦克導(dǎo)彈、防空導(dǎo)彈等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文以低速旋轉(zhuǎn)制導(dǎo)迫彈為研究對象,開展了低速旋轉(zhuǎn)彈箭的彈道建模與優(yōu)化設(shè)計、彈道特性分析、制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計等方面的研究工作。首先,針對低速旋轉(zhuǎn)制導(dǎo)迫彈采用的控制方式,定義了鴨舵坐標(biāo)系,對制導(dǎo)迫彈彈體和控制舵機(jī)所受力和力矩進(jìn)行分析,建立了制導(dǎo)迫彈七自由度空間運(yùn)動方程組,為后續(xù)研究構(gòu)建了基礎(chǔ)理論模型。其次,考慮到低速旋轉(zhuǎn)制導(dǎo)迫彈采用捷聯(lián)式導(dǎo)引頭進(jìn)行末制導(dǎo)受到導(dǎo)引頭視場約束,建立了考慮捷聯(lián)式導(dǎo)引頭視場約束的制導(dǎo)迫彈彈道優(yōu)化模型,采用改進(jìn)的粒子群算法直接獲得方案攻角和飛行時間。仿真結(jié)果表明,優(yōu)化所得彈道在滿足各項約束條件的基礎(chǔ)上能夠在較高的彈道高度令捷聯(lián)式導(dǎo)引頭盡早地探測到目標(biāo)。第三,采用小擾動假設(shè)和系數(shù)“凍結(jié)”法,推導(dǎo)出了低速旋轉(zhuǎn)制導(dǎo)迫彈線性化運(yùn)動方程組和彈體傳遞函數(shù),并基于制導(dǎo)迫彈動態(tài)穩(wěn)定性條件設(shè)計出合理的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速。通過對旋轉(zhuǎn)條件下制導(dǎo)迫彈的動態(tài)特性進(jìn)行分析,進(jìn)一步驗證設(shè)計轉(zhuǎn)速的合理性。第四,針對低速旋轉(zhuǎn)制導(dǎo)迫彈單通道控制特點,設(shè)計了制導(dǎo)迫彈縱向、側(cè)向制導(dǎo)律,討論了單通道控制指令生成方案,對比研究了制導(dǎo)迫彈單通道開環(huán)、閉環(huán)控制方案效果。根據(jù)舵機(jī)伺服系統(tǒng)設(shè)計要求,建立了舵機(jī)動力學(xué)模型,設(shè)計了伺服電機(jī)速度環(huán)、位置環(huán)控制參數(shù)。最后,基于制導(dǎo)迫彈單通道控制系統(tǒng)和伺服電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行七自由度彈道仿真。仿真結(jié)果表明,所設(shè)計的制導(dǎo)控制系統(tǒng)和相應(yīng)的參數(shù)能夠滿足總體設(shè)計要求,本文的研究結(jié)果可以為低速旋轉(zhuǎn)制導(dǎo)迫彈工程研制提供參考。
【圖文】：

礎(chǔ)上發(fā)展出了旋轉(zhuǎn)雙通道控制。比較典型的有“拉姆Ｂｌｏｃｋ２”艦空導(dǎo)彈，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)采逡逑用四個獨立的電動舵機(jī)，舵面通過與彈旋同頻率的正旋偏轉(zhuǎn)運(yùn)動控制導(dǎo)彈飛行；俄羅斯逡逑圖拉設(shè)計局研制的由９Ｍ３１１導(dǎo)彈與雙３０高炮構(gòu)成的通古卡斯彈炮結(jié)合武器系統(tǒng)，采用逡逑無線電指令制導(dǎo)體制，鴨式布局雙通道控制方式，不采用過載自動駕駛儀；同樣是圖拉逡逑設(shè)計局研制的“巴基斯昂”坦克炮射制導(dǎo)導(dǎo)彈，采用激光駕束制導(dǎo)，鴨式布局雙通道控逡逑制方式，，采用沖壓式空氣振蕩比例式舵機(jī)，不采用過載自動駕駛儀，通過彈上滾轉(zhuǎn)姿態(tài)逡逑陀螺儀將制導(dǎo)指令分解給兩對舵，陀螺儀有預(yù)裝角，可以實現(xiàn)俯仰通道和偏航通道的解逡逑耦，同時為重力補(bǔ)償提供方向信息。逡逑典型的兩款末制導(dǎo)炮彈——美國的“神劍－ＸＭ９８２邋”（圖１．２．１）和俄羅斯的“紅土地”逡逑（圖１．２．２）均采用的鴨式布局旋轉(zhuǎn)雙通道控制方式，“紅土地”制導(dǎo)炮彈采用激光半主逡逑動尋的制導(dǎo)技術(shù)，不采用過載自動駕駛儀，通過沿縱軸安裝的空間定向陀螺儀尋找重力逡逑射面實現(xiàn)過重力補(bǔ)償，采用三位置繼電式舵機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要攻擊坦克、裝甲車、逡逑防御工事和炮兵陣地等；“神劍－ＸＭ９８２”復(fù)合增程制導(dǎo)炮彈，采用ＧＰＳ／ＩＮＳ組合制導(dǎo)方逡逑式，兩對鴨舵作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是一種發(fā)射后不管的全程自主式制導(dǎo)炮彈，主要用于對敵逡逑方有生力量、裝甲車輛和防御工事實施精確打擊。逡逑

，修正彈道。近幾年，為了實現(xiàn)在沒有ＧＰＳ信號的情況下能夠精確打擊目標(biāo)和增加逡逑彈的射程，美國陸軍武器研發(fā)與工程中心通過在彈體頭部加裝光電／紅外導(dǎo)引頭逡逑體尾部加裝火箭發(fā)動機(jī)對該制導(dǎo)迫彈進(jìn)行了改進(jìn)，最遠(yuǎn)射程可達(dá)１５ｋｍ；邋“晶面”逡逑擊炮彈由俄羅斯圖拉（ＴＵＬＡ）設(shè)計局在２０世紀(jì)９０年代末成功研制，采用激光逡逑制導(dǎo)方式，主要依賴于地面激光目標(biāo)指示器，在末制導(dǎo)段利用彈出的主翼和鴨翼逡逑道修正，能夠?qū)Γ担耄韮?nèi)的運(yùn)動目標(biāo)和７ｋｍ內(nèi)的靜止目標(biāo)實施精確打擊。此外，逡逑還研制出了單通道脈沖發(fā)動機(jī)控制方式的“勇敢者”邋２４０ｍｍ半主動激光末制導(dǎo)炮逡逑Ｐ１２０和ＧＰ１２０Ａ制導(dǎo)迫擊炮彈是中國北方工業(yè)公司在２０１７年馬來西亞蘭卡威防逡逑公布的兩款新型制導(dǎo)迫擊炮彈。它們的制導(dǎo)方式均采用半主動激光制導(dǎo)，ＧＰ１２０逡逑方式是通過彈體質(zhì)心處的橫向脈沖推進(jìn)組件調(diào)整方向修正彈道，其最小射程ｌｋｍ程６ｋｍ，圓概率誤差（ＣＥＰ）小于５米。ＧＰ１２０Ａ的控制方式是利用彈體前部的逡逑舵控制翼面調(diào)整彈體姿態(tài)，其最小射程２ｋｍ、最大射程７．５ｋｍ，能夠攻擊運(yùn)動中逡逑，并且當(dāng)目標(biāo)移動速度小于３６ｋｍ／ｈ時，命中率超過９０％。逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TJ410.2;TJ7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2649958