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[技术] 静不稳定导弹控制技术

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发表于 2010-4-27 11:47:09 | 显示全部楼层 |阅读模式

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近年来,采用静不稳定设计的导弹日渐增多,主要是由两个原因造成的。首先,现代战场对战术导弹的性能提出了非常高的要求,放宽稳定度设计能较大幅度提高导弹的机动性、飞行速度、飞行斜距,减少结构重量和翼展尺寸,是随控布局设计中的重要组成部分。引入静不稳定设计的另一个原因是大攻角飞行导弹设计方法的兴起。对导弹严格的翼展限制、高机动性要求和对飞行器大攻角空气动力特性的深入研究极大地促进了导弹大攻角飞行控制技术的研究和应用。大攻角飞行导弹具有非常复杂的非线性空气动力特性,超音速导弹在跨音速段导弹的静稳定度与其飞行攻角有着十分密切的关系,随着攻角的增大,导弹可以从静稳定变化为静不稳定,所以在进行大攻角飞行导弹设计时无法回避静不稳定问题。综上所述,在进行现代导弹设计时,解决静不稳定导弹的控制问题将是导弹自动驾驶仪设计中的中心任务之一。

导弹在飞行中,作用在导弹上空气动力的合力中心称为压力中心(简称压心)。导弹全部质量的中心称为重心,舵面偏转角等于零,导弹的压心在重心之前,即Δx=xd-xr呈负值,称为静不稳定。当导弹受到外力干扰时,姿态角发生变化,干扰去掉后,导弹在无控制情况下不能恢复到原来的状态(见图6.l-1)。
未命名.JPG

在舵面偏转角等于零,导弹压心和重心重合,即时,称为中立稳定。这种导弹当受到外力干扰时,和静不稳定导弹类似,同样不能恢复到原来的状态。假如压心在重心之后,称为静稳定。当受到外界干扰时,姿态角发生变化,干扰去掉后,导弹在无控制情况下,能够自动恢复到原来的状态。

导弹压心和重心之间的距离的负值,称为静稳定度。静稳定度的极性和大小表示了导弹呈静稳定还是不稳定,以及稳定度的大小。

早期的战术导弹按静稳定规范进行外形设计。静稳定规范的含义是,导弹在飞行中,静稳定度始终是负值,压心始终在重心的后面。压心的计算误差或风洞吹风误差,在亚音速和超音速飞行中,约为全弹长度的2%,在跨音速飞行中,误差更大一些,导弹的重心也存在一定的公差。考虑这些因素后,静稳定设计规范的设计边界不能定在静稳定度等于零的地方。根据经验,最小静稳定度为全弹长度的3%~4%,才能保证导弹在各种情况下,都能静稳定飞行。
放宽稳定度设计的含义是:导弹允许设计成静不稳定、中立稳定和静稳定;也允许设计成起飞时呈静不稳定、中间飞行呈中立稳定、后段飞行呈静稳定。

当导弹呈静不稳定或中立稳定时,必须采用自动驾驶仪进行人工稳定,使弹体一驾驶仪系统稳定。理论上,导弹允许静不稳定的范围是很宽的、但是有一个极限,对于旋转弹翼式布局的导弹,当压心前移到和舵面操纵力的合力中心重合时,驾驶仪就无法进行人工稳定了,这就是理论上的稳定边界(见图16.2)。对于正常式布局的导弹,因为导弹的压心不可能与舵面操纵力的合力中心重合,所以不存在这种理论边界。它的放宽稳定度边界主要受到舵机频带的限制。
图片2.jpg

人工稳定原理和稳定条件
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静不稳定导弹或中立稳定导弹同静稳定导弹一样,能够进行控制飞行,在过渡过程结束后的稳态情况下,参数平稳。
旋转弹翼式布局的静不稳定导弹的弹体放大系数为负值,静态情况下,舵偏角和攻角的极性相反,过载的方向与攻角的方向一致。而静稳定导弹的弹体放大系数为正值,稳态情况下,舵偏角、攻角和过载的极性都相同。在静不稳定导弹加指令的过渡过程中,参数变化急剧,正负变化幅度很大,比静稳定导弹剧烈得多,驾驶仪的反应时间增长,时间常数增大,由于舵偏角和攻角成异号,使导弹的最大可用过载减小,这些都是不利的影响。
所以对旋转弹翼式布局的导弹来说,虽然静不稳定导弹可以进行控制飞行,但是缺点也很突出,设计中应尽量避免采用,或是用于导弹机动飞行段。
正常布局的导弹,在静不稳定条件下,驾驶仪的反应时间缩短,舵偏角和攻角同号,导弹的可用过载增大,性能提高,所以应尽量采用这种控制方式。   
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 楼主| 发表于 2010-4-30 17:45:15 | 显示全部楼层
大的静稳定度导致:
1、小的稳态增益
2、高的短周期振荡频率
3、很低的阻尼系数

小的静稳定度将导致:
1、大的稳态增益
2、低的短周期振荡频率
3、低的或适中的阻尼系数
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发表于 2010-5-4 10:26:00 | 显示全部楼层
学习,很的资料,做个记号
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发表于 2010-5-4 13:17:51 | 显示全部楼层
mark一下 好文慢享
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发表于 2010-5-4 17:46:30 | 显示全部楼层
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    楼主辛苦了!   
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发表于 2010-5-5 00:27:58 | 显示全部楼层
静不稳定弹驾驶仪设计有啥特点?
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发表于 2010-5-6 18:33:02 | 显示全部楼层
总体而言,理论上还没有说得很清楚。
单纯看那几个方程,没有实质上的意义。

至少得从静稳定性与舵机、制导回路时间指标等方面进行分析
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发表于 2010-5-6 21:26:50 | 显示全部楼层
谢谢楼主!!!
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发表于 2010-5-6 21:36:37 | 显示全部楼层
好好学习学习
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发表于 2010-5-10 00:25:27 | 显示全部楼层
前段时间看过一遍,再看一遍懂了一些,还要看一些飞行动力学的资料才行啊
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发表于 2010-6-2 23:41:05 | 显示全部楼层
学习了
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发表于 2010-6-7 21:56:03 | 显示全部楼层
对于舵机带宽资源一定的情况下,静稳定度越大,系统上拉偏范围越小;静不稳定度越大,系统下拉偏范围越窄。大家好好想想这其中的道理!能想明白更好,想不明白记住这个概念也非常有用,因为这样我们在设计控制系统的时候,可以根据现有执行机构带宽资源去选择导弹的静稳定度以及最大动压!
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发表于 2010-6-8 22:27:33 | 显示全部楼层
工作中刚遇到  参考一下
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发表于 2010-6-8 22:28:35 | 显示全部楼层
工作中刚遇到  参考一下
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发表于 2010-6-13 14:57:08 | 显示全部楼层
顶一下!!!
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发表于 2010-6-13 15:52:10 | 显示全部楼层
楼主,你好,你发的这个资料非常好,谢谢你,辛苦了。我想冒昧的问一下,这段资料的来源是哪?我想继续研究拜读一下。
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发表于 2010-7-1 21:34:05 | 显示全部楼层
前些时间研究明白了这个问题!
可以从数学推导中严格证明很多性质,静稳定和静不稳定导弹在设计的时候区别很大!!
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发表于 2010-12-9 21:26:22 | 显示全部楼层
静不稳定和鸭式布局没有什么必须的联系吧??!!
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发表于 2011-4-9 10:43:20 | 显示全部楼层
现在的新型导弹都已经运用了静不稳定技术么?
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发表于 2011-11-1 23:26:13 | 显示全部楼层
受教了,虽然不是太明白
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发表于 2018-6-8 09:35:35 | 显示全部楼层
一、决定静稳定性的是焦点和重心之间的相对位置,而不是压心与重心之间的相对位置。楼主提供的材料中,混淆了焦点与压心之间的区别。焦点是指由攻角引起的升力(而不是总的空气动力作用点)与纵轴的交点。
二、通过控制使静不稳定的弹变为运动稳定,不是白来的,代价是消耗一定舵偏角资源,即控制系统要为此留下足够的余量。
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