[發明專利]單滑塊變質心控制飛行器平衡運動狀態方法

有效

• 申請號: 201410386991.1
• 申請日: 2014-08-07
• 公開（公告）號: CN104166401B
• 公開（公告）日: 2016-11-09
• 發明（設計）人: 梅躍松;王亞飛;許諾;張思宇;陳方正;李品磊
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安

技術領域

本發明涉及一種單滑塊變質心控制飛行器平衡運動狀態方法，可廣泛應用于再入飛行器的動態特性分析、單滑塊變質心控制執行機構參數設計等領域。

背景技術

變質心控制(Moving?mass?control，國內也稱為質量矩控制)是通過質心偏移來達到控制目的的方法，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(如氣動舵，配平翼、噴氣推力)不同，變質心控制是通過改變力臂的方式來影響控制力矩。偏移質心可以通過移動飛行器內部活動部件實現，如移動彈頭的戰斗部等。

變質心控制按照執行機構的數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稱的結構外形，以產生大小不可調節的升力以使得飛行器具有法向過載能力。通過控制滑塊相對于質心的偏移可以控制飛行器的滾轉姿態，進而控制升力的方向，達到控制飛行器過載方向的目的。變質心控制飛行器的姿態運動是典型的非線性環節，其非線性運動及其穩定性與線性運動及其穩定性相比有很多特點，如不具有疊加性，固有頻率與起始條件、振幅大小有關，可能存在多個非零的極限運動等。對非對稱變質心控制飛行器平衡運動狀態的分析一直是此類非線性系統動力學特性研究的重點。這一方面是受研究方法及數學工具的限制，另一方面也是因為平衡狀態是飛行器在飛行過程的典型運動狀態，因此對平衡點的研究具有極為重要的意義。

平衡點的求解方法主要有兩種：數值計算方法，解析計算方法。對于高維非線性系統，其平衡點的解析表達式一般很難取得，需通過適當的模型簡化方可求得近似解析表達式，但模型簡化必然帶來解算結果精確性下降的問題。而數值計算方法相比于解析法計算量大，但求解原理簡單，解算精度高，是復雜非線性系統平衡點求解的主要方法。目前，尚未有關于單滑塊變質心控制飛行器平衡運動狀態的數值計算方法公開發表。

發明內容

針對上述問題，本發明基于單滑塊變質心控制飛行器非線性動力學方程，提出單滑塊變質心控制飛行器平衡運動狀態方法，可以計算不同條件下飛行器平衡狀態的章動角、進動角速度及相對滾轉角。

一種單滑塊變質心控制飛行器平衡運動狀態方法，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構參數及飛行條件參數；

步驟二、使用氣動分析軟件或通過風洞試驗，獲取飛行條件下飛行器的空氣動力系數；

步驟三、指定各狀態量的初始點，分別為章動角δ、進動角速度及相對滾轉角γ^*的三個初始狀態δ₀、

步驟四、根據步驟三得到的初始點，使用非線性方程組求解工具解算非線性方程組，得到平衡狀態下的章動角δ_P、進動角速度及相對滾轉角

步驟五、判斷步驟四中得到的平衡狀態下的章動角δ_P、進動角速度及相對滾轉角是否可行,如果不可行，則修改各狀態量的初始值，重復步驟三、四，直至結果可行；

步驟六、得到當前飛行條件下平衡狀態的可行解后，若還需要計算其它飛行條件下的平衡點數值，則改變飛行參數，重復步驟一至五，若不再需要計算新的狀態，則控制飛行器平衡運動狀態方法結束。

步驟四中采用非線性方程組求解工具解算下述非線性方程組，得到平衡狀態下的章動角δ_P、進動角速度及相對滾轉角