單滑塊變質(zhì)心控制飛行器平衡運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的近似解析方法
【專利摘要】本發(fā)明基于單滑塊變質(zhì)心控制飛行器非線性動(dòng)力學(xué)特性，提出了一種單滑塊變質(zhì)心控制飛行器平衡運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的近似解析方法，可以計(jì)算不同條件下飛行器平衡狀態(tài)的章動(dòng)角及進(jìn)動(dòng)角速度。步驟一、獲取所要分析的再入飛行器的彈體結(jié)構(gòu)參數(shù)及飛行條件參數(shù)；步驟二、使用氣動(dòng)分析軟件或通過風(fēng)洞試驗(yàn)，獲取飛行條件下飛行器的空氣動(dòng)力系數(shù)；步驟三、根據(jù)上述得到的參數(shù)和空氣動(dòng)力系數(shù)通過解析表達(dá)式，求解平衡狀態(tài)下的章動(dòng)角δP及進(jìn)動(dòng)角速度步驟四、若還需要計(jì)算其它飛行條件下的平衡點(diǎn)數(shù)值，則改變飛行參數(shù)，重復(fù)步驟一至三的過程，若不再需要計(jì)算新的狀態(tài)，則求解過程結(jié)束，至此完成該近似解析方法。
【專利說明】單滑塊變質(zhì)心控制飛行器平衡運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的近似解析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種單滑塊變質(zhì)心控制飛行器平衡運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的近似解析方法，可廣泛應(yīng)用于再入飛行器的動(dòng)態(tài)特性分析、單滑塊變質(zhì)心控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]變質(zhì)心控制(Moving mass control,國內(nèi)也稱為質(zhì)量矩控制)是通過質(zhì)心偏移來達(dá)到控制目的的方法，與通過改變力的方式來影響作用在飛行器上控制力矩的方法(如氣動(dòng)舵，配平翼、噴氣推力)不同，變質(zhì)心控制是通過改變力臂的方式來影響控制力矩。偏移質(zhì)心可以通過移動(dòng)飛行器內(nèi)部活動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)，如移動(dòng)彈頭的戰(zhàn)斗部等。
[0003]變質(zhì)心控制按照?qǐng)?zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)量不同主要可分為單滑塊控制、雙滑塊控制及三滑塊控制。其中單滑塊控制的飛行器通常具有非對(duì)稱的結(jié)構(gòu)外形，以產(chǎn)生大小不可調(diào)節(jié)的升力以使得飛行器具有法向過載能力。通過控制滑塊相對(duì)于質(zhì)心的偏移可以控制飛行器的滾轉(zhuǎn)姿態(tài)，進(jìn)而控制升力的方向，達(dá)到控制飛行器過載方向的目的。變質(zhì)心控制飛行器的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)是典型的非線性環(huán)節(jié)，其非線性運(yùn)動(dòng)及其穩(wěn)定性與線性運(yùn)動(dòng)及其穩(wěn)定性相比有很多特點(diǎn)，如不具有疊加性，固有頻率與起始條件、振幅大小有關(guān)，可能存在多個(gè)非零的極限運(yùn)動(dòng)等。對(duì)非對(duì)稱變質(zhì)心控制飛行器平衡運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析一直是此類非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性研究的重點(diǎn)。這一方面是受研究方法及數(shù)學(xué)工具的限制，另一方面也是因?yàn)榉€(wěn)定平衡狀態(tài)是飛行器在飛行過程的典型運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此對(duì)平衡點(diǎn)的研究具有極為重要的意義。
[0004]平衡點(diǎn)的計(jì)算方法主要有兩種:數(shù)值計(jì)算方法，解析計(jì)算方法。其中，解析計(jì)算方法具有計(jì)算效率高、利于分析等優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)于高維非線性系統(tǒng)，其平衡點(diǎn)的解析表達(dá)式一般很難取得，需通過適當(dāng)?shù)哪Ｐ秃喕郧蟮媒平馕霰磉_(dá)式。目前，尚未有單滑塊變質(zhì)心控制飛行器穩(wěn)定平衡狀態(tài)的解析計(jì)算方法公開發(fā)表。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述問題，本發(fā)明基于單滑塊變質(zhì)心控制飛行器非線性動(dòng)力學(xué)特性，提出了一種單滑塊變質(zhì)心控制飛行器平衡運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的近似解析方法，可以計(jì)算不同條件下飛行器平衡狀態(tài)的章動(dòng)角及進(jìn)動(dòng)角速度。
[0006]一種單滑塊變質(zhì)心控制飛行器平衡運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的近似解析方法，包括以下步驟:
[0007]步驟一、獲取所要分析的再入飛行器的彈體結(jié)構(gòu)參數(shù)及飛行條件參數(shù)；
[0008]步驟二、使用氣動(dòng)分析軟件或通過風(fēng)洞試驗(yàn)，獲取飛行條件下飛行器的空氣動(dòng)力系數(shù)；
[0009]步驟三、根據(jù)上述得到的參數(shù)和空氣動(dòng)力系數(shù)通過解析表達(dá)式，求解平衡狀態(tài)下的章動(dòng)角δ P及進(jìn)動(dòng)角速度4%:

【權(quán)利要求】
1.一種單滑塊變質(zhì)心控制飛行器平衡運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的近似解析方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、獲取所要分析的再入飛行器的彈體結(jié)構(gòu)參數(shù)及飛行條件參數(shù)； 步驟二、使用氣動(dòng)分析軟件或通過風(fēng)洞試驗(yàn)，獲取飛行條件下飛行器的空氣動(dòng)力系數(shù)； 步驟三、根據(jù)上述得到的參數(shù)和空氣動(dòng)力系數(shù)通過解析表達(dá)式，求解平衡狀態(tài)下的章動(dòng)角S P及進(jìn)動(dòng)角速度
In1-除滑塊外全彈質(zhì)量;m2-滑塊質(zhì)量；Jx-x向轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Jy_y向轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Jz_z向轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；z-滑塊偏離彈體縱向?qū)ΨQ面的距離；S-特征面積； L-特征長度；q= PV2/2-動(dòng)壓，P為密度，V為體積；cx-阻力系數(shù)；Cytl-彈體不對(duì)稱導(dǎo)致的零攻角下的升力系數(shù)；-升力系數(shù)對(duì)攻角的導(dǎo)數(shù)；-滾轉(zhuǎn)阻尼力矩系數(shù)導(dǎo)數(shù)；mz0-彈體不對(duì)稱導(dǎo)致的零攻角下的俯仰力矩系數(shù)；/< -俯仰力矩系數(shù)對(duì)攻角的導(dǎo)數(shù)； 根據(jù)公式(I)、公式(2)求得的平衡點(diǎn)的章動(dòng)角和進(jìn)動(dòng)角速度若為實(shí)數(shù)，則該解有效；若計(jì)算結(jié)果為復(fù)數(shù)，則該解為無效解，需要剔除； 步驟四、若還需要計(jì)算其它飛行條件下的平衡點(diǎn)數(shù)值，則改變飛行參數(shù)，重復(fù)步驟一至三的過程，若不再需要計(jì)算新的狀態(tài)，則求解過程結(jié)束，至此完成該近似解析方法。
【文檔編號(hào)】G05D1/08GK104166402SQ201410387021
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】梅躍松, 王亞飛, 孫化東, 陳勇波, 蘇曉龍, 梁偉棟 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)