[發明專利]一種應用于近程超聲速巡航彈的定高飛行技術

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• 申請號: 202111112337.8
• 申請日: 2021-09-17
• 公開（公告）號: CN113901645A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 卞李坤;張永豐;梁建軍;謝雪明;許傳碩;劉廣寧
• 申請（專利權）人: 北京星途探索科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明一種應用于近程超聲速巡航彈的定高飛行技術，屬飛行器姿態控制領域，涉及到飛行器縱向通道運動模型和飛行控制回路。本發明通過內環保證飛行姿態的穩定性，通過外環生成定高飛行的導引指令，由內環控制飛行器跟蹤外環的導引指令從而實現定高飛行的目的。其中，內環使用攻角和俯仰角速度的PD控制可以很充分的對攻角指令進行限幅以及實現巡航彈的快速轉平，外環使用當地彈道傾角和海拔高度的綜合比例控制來生成攻角指令可以很好的實現在預定高度上巡航的目的。

技術領域

本發明一種應用于近程超聲速巡航彈的定高飛行技術，屬飛行器姿態控制領域，涉及飛行器縱向通道運動和姿態控制回路等。

背景技術

傳統的亞音速巡航彈為很好的實現突防性能一般是進行長時間的掠海或者掠地飛行，以避免被地方雷達發現。而隨著沖壓發動機的日益成熟，超聲速或者高超聲速突防越來越受到重視。就巡航彈而言，一般分為爬升段，巡航段和俯沖段(一般在俯沖段進行末制導)。總的來說，巡航彈一般要求在巡航段進行定高、定速巡航。定速巡航主要根據速度反饋來調節發動機流量，而定高巡航則有一定的控制難度，是巡航彈實現其任務目的過程中十分重要的一環。

發明內容

本文提出了一種可以應用于近程超聲速巡航彈的定高飛行技術。對于巡航彈的定高飛行，一般有兩種控制策略，一是直接應用高度差的PID進行控制，二是由內環保證穩定性，再經外環實現定高功能。本文提出的定高技術屬于上述第二種策略，但是不同于以往，本發明，內環使用攻角和俯仰角速度的PD控制來保證控制系統的穩定性和響應的快速性；而外環則由當地彈道傾角和海拔高度的綜合比例控制來生成定高導引指令，從而最終實現巡航彈的定高巡航。

本發明的技術解決方案是：(與權利要求書一致)

本發明優點在于：

(1)外環導引指令簡單，易于實現，不需要復雜的解算；

(2)外環控制參數易于調節；

(3)外環的導引指令是程序攻角指令，便于對爬升段或下壓段的最大攻角進行限幅，這一點對使用沖壓發動機巡航的彈而言尤為重要；

(4)本文提出的定高飛行技術對不同的定高高度有很強的適應性；

(5)本文提出的定高飛行技術對導彈初始發射角的依賴性大大降低，在發動機能力足夠的情況下，同一個發射角也可以實現不同高度的定高飛行；

(6)本文提出的定高飛行技術雖然依托于現有型號的超聲速巡航彈，但是對不同速度的巡航彈都具有適用性。

附圖說明

圖1：按照本發明所提出的定高技術，其對應的內外環控制結構圖

圖中

紅色虛線框內為內環控制回路；

紅色虛線框以外的部分為外環制導回路。

圖2：對內環進行頻域設計時，所用的等效開環結構圖

圖中

兩個“彈體”框圖代表的含義不同，在進行拉普拉斯變換后，分別代表舵對攻角的傳遞函數以及舵舵俯仰角速度的傳遞函數。

圖3：以某型號超聲速彈為依托，定高巡航結果圖。

圖中

帶超調的藍色曲線為基準彈道曲線，定高3500m。

其他顏色曲線為隨機選取的10條極限彈道曲線，考慮了筒內發射情況下的出筒干擾。

圖4：巡航段巡航高度變動放大圖

圖中

從40秒到110秒為大致巡航時間，可以看出，本發明的定高技術定高偏差在±20m左右。