自旋炮射导弹稳定性和操纵性分析及仿真(2)
现今世界上的很多国家都逐步展开对不同类型的自旋导弹的武器装备，包括从最初的枪炮弹丸，到短程，小型，低速导弹，逐步向高速和中型化方向发展，现在已经逐渐成为战术导弹武器系统中的重要发展方向。它结合了火炮与火箭武器发射平台的优点，具有操作方便，设备简单，并且有效提高了武器作战系统的命中率，破甲威力和有效射程。同时由其自身特点，可以实现隐蔽远距离作战，做到远距离目标精确打击。因此，自旋炮射导弹具有非常广泛的发展前景。
1．2 发展现状及趋势
1．3 本文研究内容
本毕业设计（论文）的主要任务就是对自旋导弹的动态特性进行分析，将导弹看成为一个理想条件下的质点系，对该质点系进行研究分析其运动的具体情况，同时考虑了作用在质心上的力，以及围绕质心的力矩。在干扰力和干扰力矩作用下时，研究导弹能否保持原有的飞行运动状态；研究在舵机作用的情况下，导弹改变原来的飞行状态的能力大小，也就是研究初始偏差对于导弹的运动的影响大小，即研究导弹操纵性和稳定性的问题。
1) 建立数学模型
运用地面坐标系Axyz、弹道坐标系Ox2y2z2、弹体坐标系Ox1y1z1和速度坐标系Ox3y3z3并结合建立的两个新坐标系，即准弹体坐标系Ox4y4z4和准速度坐标系Ox5y5z5，来建立坐标转换的矩阵，再结合滚转导弹的操纵力和操纵力矩的特点，分别分析其纵向运动和侧向运动，建立导弹的质心运动动力学方程组以及导弹绕质心转动的动力学方程组。并进行线性化处理，根据建立的模型，分析实际运动中的特点及条件，结合使用具体的简化方法对优尔自由度动力学模型进行简化，得到其自旋制导炮弹的简化模型。据简化数学模型，采用拉氏变换法得出其传递函数。
2） 稳定性和操纵性分析
研究导弹的自由扰动运动，通过求解其特征方程式，得到特征根来判定其稳定性。同时对于操纵性能，分析弹体和制导系统中各部分造成的交联影响及其与弹体参数、弹道参数、制导系统元、部件参数等的关系产生的耦合特性，根据具体情况进行解耦，减少内部交联影响。
3） 阻尼特性分析
通过计算弹体阻尼系数数值，来确定弹体是否为欠阻尼状态，如果为欠阻尼状态，导弹在执行导引指令或者受到了一些干扰状况时，弹体会发生弹体摆动，即使保持稳定也可能产生不能接受的动态性能，降低导弹跟踪目标精度并进而降低制导精度，因此，需要设计阻尼回路来增加阻尼系数，使弹体摆动减小，从而增加制导可靠性。
4） 确定最优转速
首先计算得出不滚转导弹固有频率，利用动态稳定条件式绘制出具体的动态稳定区域图，根据稳定区域图来设计转速并结合多重条件来选择出最优转速点。确定转速时，转速过大可能超过极限转速nl，否则过大的马格努斯力矩会使导弹运动不稳定；同时在达到一定条件时，弹箭可能会以某个非设计的转速进行稳定旋转，即旋转锁死，将会引起旋转弹箭攻角的大幅度振荡，因此转速必须大大超过弹体固有频率，发生单发离群和突然栽地的现象；并且要大于输入误差信息频率的2~2.5倍以及避免在不同温度下最大转速的物理变化从而引起的限制。
2 自旋炮射导弹动力学建模[15]
自旋炮射导弹是采用常规火炮发射的可以制导的导弹。它是普通炮弹与常规制导炮弹的结合。本文所研究的自旋弹，是在弹丸到达最高点时弹出鸭舵，产生控制过载控制飞行，精确跟踪方案弹道，以达到精确打击目标的效果。因此本文对研究对象再次简化，对自旋弹简化后的动力学模型进行动态特性分析。