制导炮弹技术研究现状和发展趋势
时间:2017-06-23 21:48 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 美国、英国、法国、瑞典、德国等国已在不同程度上对制导炮弹技术开展了研究，从大口径至中小口径，从一文控制到多文控制。代号XM982的神剑155mm制导炮弹是美军实现火炮系统转型、增强精确打击能力的重点项目。它在接近弹道最高点之前按弹道飞行方式飞行，飞到最高点时展开鸭式翼，采用INS/GPS系统控制炮弹，实现弹道参数探测与姿态控制，直至垂直攻击目标。炮弹底部的底排装置，采用了高滑翔比、大升阻比的弹体设计，适用于美军的多种发射平台，例如M109A6帕拉丁火炮和M777型轻型火炮，还将适用于未来战斗系统中的非直瞄火炮。代号EX—171的增程制导弹药主要为美国海军MK—45Mode4型127mm舰炮研制，最大射程可达111.6km，圆概率误差仅为20m，而且具有所谓的多弹同时弹着的能力，对于攻击大型海上舰艇等目标具有重要意义。该炮弹采用鸭式舵、尾翼稳定布局方式，INS/GPS复合制导和火箭助推加滑翔增程技术。意大利研制的火山系列炮弹，包括海军127mm舰炮和陆军155mm火炮，弹体头部固定，尾部可自由转动，飞行过程中呈旋转状态，采用次口径加尾翼稳定的设计代替火箭增程技术来增大射程，外形相对紧凑[1-2]。10720 国内学者们对制导炮弹进行了方方面面的研究，主要手段为理论分析及仿真计算分析。 (1)控制方式的选取 控制方式是控制弹丸的空间姿态的方法，直接影响弹丸的命中精度和毁伤概率。解放军炮兵学院信息化弹药研究所以典型的“铜斑蛇”（三通道控制）和“红土地”（双通道控制）为例对两种控制方式进行了比较分析。对于三通道控制方式，当滚转通道输入指令为零时，即保证滚转角和角速度为零，则可消除俯仰通道和偏航通道的耦合作用，三个通道可分别控制，具有精度高、响应快、效率高、空间耦合小等特点，但结构相对复杂；而对于旋转双通道控制方式，则是利用相位控制理论采用交流控制，一个舵机和一对舵面同时控制偏航和俯仰运动，简化了控制设备，但却较难解决两个方向交叉耦合问题[3]。由此可见，两种控制方式各有利弊，应综合考虑弹体气动布局及目的性后再作决定，像大中型炮弹适合三通道控制方式，中小型炮弹可采用双通道或单通道控制方式。 (2)解耦问题 上面提到，旋转双通道制导炮弹比单通道的舵效高,比三通道的成本低, 适用于中小型弹, 简化控制系统设计, 提高制导精度。然而由于弹体始终保持一定的转速在旋转, 这必然造成俯仰和偏航两通道产生耦合问题；同时弹体飞行过程中气动参数主要随速度的变化而变化, 使得模型也随之发生变化, 因此, 采用经典控制理论可能将无法达到满意的控制效果。研究旋转弹的解耦问题, 就是将导弹简化为一个线性系统, 为简化控制系统设计, 通常采用常参量的补偿措施实现解耦, 在工程上一般能满足设计要求。在转速不变情况下,可实现静态解耦；当转速变化时, 要同时用机械扭角和电气网络实现静态解耦, 对转速变化进行部分补偿, 不仅可以实现静态解耦, 对动态交连误差也可得到部分补偿[4]。另有文献表明，利用PID神经网络控制可以进行双通道解耦，并运用Matlab系统仿真分析后得到了理想的控制效果[5]。 (3)稳定性问题 弹丸的动态稳定性也是衡量其优劣的一个重要因素，由自动驾驶仪与弹体构成稳定控制回路中，自动驾驶仪是控制器，弹体是被控对象。从数学上有多种方法可以导出弹丸的动稳定性条件，如根据角运动方程特征根实部小于零的条件导出飞行动稳定条件，基于李雅普诺夫稳定性理论,考虑系数冻结法使用范围的弹丸动稳定条件[6]，构造李雅普诺夫函数研究无控弹的动稳定性[7-8]，利用李雅普诺夫直接法导出有控弹自由运动动稳定判据[9]，针对弹道修正弹, 可分别建立推力修正、阻力修正和脉冲修正条件下的角运动方程[10-12]。只要在气动布局设计、外弹道设计及控制方案设计等过程中采取合理的参数匹配与调试, 就可保证弹丸的动态稳定性。 (责任编辑：qin) |