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超音速巡航导弹三通道耦合特性研究

作　者: 李辉
导　师: 史震
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 超音速巡航导弹弹体特性耦合对角优势
分类号: TJ761.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

超音速巡航导弹是各国近年来导弹研究的重点,美国和俄罗斯等国都在为发展和改善本国的超音速和高超音速巡航导弹技术方面做出自己最大的努力,并且有一些超音速巡航导弹已经装备部队。与亚音速导弹相比,超音速巡航导弹飞行高度变化大,受到外界干扰也多,这就对导弹弹体特性的研究提出了新的挑战。工作环境复杂使导弹的参数摄动和外干扰比较大;飞行高度的大范围变化和时变的气动参数使导弹具有较强的非线性;系统的三维运动方程间和多坐标系间的转换使导弹具有多项交叉耦合。这种非线性的导弹控制系统的传统处理方法是:首先忽略耦合因素,将导弹耦合通道人为解耦;然后运用经典的控制理论分析和设计方法分别对各通道进行控制系统独立设计,并保留一定的稳定裕度,最后再引入被忽略的耦合关系,通过仿真对设计进行检验。这种方法适用于稳定飞行且姿态角和姿态角速度变化范围比较小的情况。对于机动飞行或滚转飞行,由于耦合影响增大,这种方法就不够严谨。但控制系统存在着一定的稳定裕度,耦合影响不大的情况下,使用传统的处理方法能够达到系统设计的要求。在这种情况下,耦合在什么范围内能够使用传统设计方法,什么范围不能采用而必须采用解耦设计,是一个迫切需要解决的问题。巡航导弹弹体动态特性分析是导弹设计中的一项重要工作,它是在导弹的气动布局、飞行方案选择、理想弹道设计、部位安排、质心、质量和转动惯量,质量分析和计算、气动力和力矩系数计算等工作初步完成的基础上,对所选定的弹体方案的动力学特性的良好程度进行分析和评价,并指出改进设计的方向,为巡航导弹的总体设计和控制系统设计提供重要的依据。本文在研究了导弹弹体动态特性的基础上,分析了超音速巡航导弹的耦合性,耦合包括侧向通道内部的耦合和侧向通道与纵向通道之间的耦合,文章采用多变量频域控制理论中的对角优势阵来分析耦合性,画出了传递函数阵的Gershgorin带,并且通过MATLAB仿真说明了耦合对导弹弹体特性的影响。文章最后给出了超音速巡航导弹的模型。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 巡航导弹概述  10-11
  1.2 各国巡航导弹现状及其发展趋势  11-14
    1.2.1 美国巡航导弹发展状况  11-12
    1.2.2 俄罗斯巡航导弹的现状  12-13
    1.2.3 俄罗斯和印度联合研制的超音速巡航导弹  13-14
    1.2.4 美俄等国巡航导弹的发展方向  14
  1.3 本课题研究的意义与本文的研究内容  14-16
第2章巡航导弹导弹特性的研究方法  16-24
  2.1 作为控制对象的导弹  16-17
  2.2 导弹扰动运动的研究方法  17-20
    2.2.1 用数值积分法解导弹扰动运动方程组  18
    2.2.2 小扰动法  18-20
  2.3 导弹运动方程组的线性化  20-22
  2.4 多变量系统的耦合性分析的研究方法  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第3章巡航导弹数学模型的建立  24-35
  3.1 常用坐标系及坐标系之间的关系  24-27
    3.1.1 常用坐标系  24-25
    3.1.2 坐标系之间的关系  25-27
  3.2 导弹动力学建模  27-33
    3.2.1 作用在导弹上的力与力矩  27-30
    3.2.2 导弹动力学方程  30-31
    3.2.3 导弹运动学方程  31
    3.2.4 导弹的质量方程  31
    3.2.5 导弹运动学模型  31-33
  3.3 本章小结  33-35
第4章巡航导弹弹体动态特性分析  35-54
  4.1 概述  35
  4.2 研究方法  35
  4.3 前提条件  35-36
  4.4 运动方程组的线性化  36-42
  4.5 操纵机构阶跃偏转时纵向动态特性研究  42-49
    4.5.1 稳定性分析  42-43
    4.5.2 导弹的传递系数  43-44
    4.5.3 过渡过程时间  44
    4.5.4 最大偏差和超调量  44
    4.5.5 舵偏阶跃偏转时的过渡过程  44-46
    4.5.6 短周期纵向扰动运动的传递函数  46-49
  4.6 导弹弹体侧向动态特性分析  49-52
    4.6.1 侧向运动方程组  49-51
    4.6.2 侧向运动的弹体特性  51-52
  4.7 本章小结  52-54
第5章超音速巡航导弹三通道耦合强度分析  54-74
  5.1 概述  54
  5.2 侧向通道内部的耦合分析  54-66
    5.2.1 侧向通道的方程组及传递函数  54-58
    5.2.2 耦合性分析  58-60
    5.2.3 各耦合项的影响  60-66
  5.3 纵向通道和侧向通道之间的耦合分析  66-73
  5.4 本章小结  73-74
结论  74-75
参考文献  75-78
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  78-79
致谢  79

超音速巡航导弹三通道耦合特性研究

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