【摘要】：為了提高導(dǎo)彈的飛行速度、增加導(dǎo)彈射程、提升導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)性和對(duì)目標(biāo)的精確打擊性,現(xiàn)在的導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)的長徑比變得越來越大。伴著長徑比的增大,導(dǎo)彈的柔性變大,顫振等共振現(xiàn)象就更容易發(fā)生,低頻顫振成為了人們不得不去注意的問題。導(dǎo)彈的低頻顫振是由于彈體受到激勵(lì)時(shí),前兩階模態(tài)發(fā)生共振所產(chǎn)生的低頻率的大位移振動(dòng)。而研究顫振問題就是研究導(dǎo)彈系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題。本文首先對(duì)動(dòng)力學(xué)分析的基本理論和特點(diǎn)進(jìn)行了闡述,對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析的頻域數(shù)值解法進(jìn)行了介紹,并著重介紹了用傳遞函數(shù)法解飛行器的動(dòng)力響應(yīng)問題。之后忽略氣動(dòng)外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響,將導(dǎo)彈簡化成梁模型。采用編程數(shù)值計(jì)算與有限元軟件仿真,對(duì)導(dǎo)彈簡化梁模型進(jìn)行模態(tài)分析及動(dòng)力響應(yīng)分析。應(yīng)用MATLAB進(jìn)行編程,得到了數(shù)值計(jì)算結(jié)果,并與有限元軟件分析結(jié)果進(jìn)行了比對(duì),驗(yàn)證了數(shù)值方法的有效性與正確性。本文還重點(diǎn)考慮了長徑比對(duì)導(dǎo)彈顫振的影響,在模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析中,分別針對(duì)不同長徑比導(dǎo)彈簡化梁模型進(jìn)行了計(jì)算,得到了相應(yīng)的結(jié)果并進(jìn)行分析。發(fā)現(xiàn)導(dǎo)彈的長徑比越大,越容易產(chǎn)生低頻顫振,且振動(dòng)幅值越大,導(dǎo)彈更容易產(chǎn)生破壞。文中提出了一種顫振抑制方法:當(dāng)導(dǎo)彈產(chǎn)生低頻顫振的時(shí)候,在導(dǎo)彈內(nèi)部施加一個(gè)高頻激勵(lì),增加導(dǎo)彈的能量,使導(dǎo)彈避開低階頻率的大位移振動(dòng),在高階頻率處產(chǎn)生高頻的小位移振動(dòng),這樣就避免了顫振破壞。通過理論推導(dǎo)和數(shù)值計(jì)算及有限元仿真,驗(yàn)證了該方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TJ760
【圖文】：

結(jié)合當(dāng)前世界上一些主流的現(xiàn)役大長徑比導(dǎo)彈（圖1-1，美國的響尾蛇導(dǎo)彈長徑比 23.8），整理如表 1-1。從表可以看出很多導(dǎo)彈的長徑比已經(jīng)很大，其中很多已經(jīng)超過了 20。圖 1-1 響尾蛇導(dǎo)彈超音速導(dǎo)彈具有細(xì)長體氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)，并大量采用輕量化復(fù)合材料和薄壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致超音速導(dǎo)彈在飛行過程中動(dòng)力學(xué)容易與其控制系統(tǒng)在寬頻率范圍內(nèi)發(fā)生明顯的交叉耦合。其特殊的氣動(dòng)外形、推動(dòng)布局和輕質(zhì)結(jié)構(gòu)使得其彈體結(jié)構(gòu)固有頻率降低，并具有明顯的彈性效應(yīng)[4]。在飛行過程中，高馬赫數(shù)飛行時(shí)惡劣的力載荷和熱環(huán)境引起氣動(dòng)加熱進(jìn)一步弱化了彈體彈性運(yùn)動(dòng)模態(tài)與剛體運(yùn)動(dòng)模態(tài)之間的頻帶分離特性，使得彈體結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)一步下降，使得彈體變形加劇，在氣動(dòng)載荷作用下，極易引起彈體的低頻顫振[5]。這種低頻顫振不僅對(duì)超聲速導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的控制精度產(chǎn)生較大的影響，致使導(dǎo)彈失穩(wěn)

的振動(dòng)特性和響應(yīng)分析方法與特點(diǎn)，以保證飛行器具有足夠的壽命。的飛行器為飛行狀態(tài)下的導(dǎo)彈，由于其具有大長徑梁來進(jìn)行振動(dòng)分析及響應(yīng)分析。本章將介紹梁的振理論，之后用 Gram-Schmidt 方法構(gòu)造出正交多項(xiàng)界條件情況下，得到梁的振型函數(shù)，進(jìn)而運(yùn)用瑞動(dòng)方程，得到固有頻率。由于后文將要進(jìn)行導(dǎo)彈的的掃頻屬于頻域分析法，因此在本章還介紹了頻域行器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的基本理論。法解飛行器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的基本概念示為一個(gè)經(jīng)典的輸入、輸出系統(tǒng)示意圖，輸入g 。

ImarctanReH jH j (2-1這個(gè)式子反映出，因?yàn)樽枘岬拇嬖谑沟孟到y(tǒng)的響應(yīng)與輸入激勵(lì)所產(chǎn)生的相位H 和 都是 的函數(shù)，幅頻特性用 H 曲線表征，相頻特性用 曲線表征。這兩個(gè)式子共同展示出確定的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的響應(yīng)特性的兩個(gè)側(cè)面即幅值化與相位移動(dòng)。眾多響應(yīng)分析方法中，傳遞函數(shù)法的優(yōu)點(diǎn)是：傳遞函數(shù)的確定與輸入的勵(lì)函數(shù)的形式?jīng)]有關(guān)系。所以，一般情況為了方便計(jì)算會(huì)選取一些很簡單的勵(lì)形式來確定出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，之后用這個(gè)傳遞函數(shù)就能得到在不同形式輸入函數(shù)作用下的系統(tǒng)動(dòng)響應(yīng)。2.2.2.1 傳遞矩陣法響應(yīng)傳遞的物理實(shí)質(zhì)上也就是狀態(tài)變量的傳遞。所以，我們可以求解固有特性的傳遞矩陣法與頻響傳遞函數(shù)相結(jié)合，用于求解動(dòng)態(tài)響應(yīng)，下面以簡諧勵(lì)為例進(jìn)行簡述。

本文編號(hào)：2751845