滑翔增程制导炮弹复合导引算法设计及仿真

以滑翔增程制导炮弹为研究对象,研究其实现远程飞行和精确打击的导引律设计方法。为提高滑翔增程制导炮弹的射程,保证远距离飞行的稳定性,并实现对目标的精确打击,设计中、末制导结合的复合导引算法,采用经典PD控制方法进行中制导弹道跟踪算法设计;采用比例制导律设计末端精确导引算法;基于所设计的方法开展弹道仿真验证。仿真结果表明,导引算法能够实现不同射程的精确打击,满足设计要求。     

复合制导炮弹最优滑翔弹道与控制

研究了制导炮弹最优滑翔弹道与控制问题.建立了滑翔弹道模型,以射程为指标函数,考虑终端速度、高度和弹道倾角约束,采用庞特里亚金极大值原理和共轭梯度法求出控制变量有约束的最优滑翔弹道,简要分析了滑翔增程机理.给出2种纵向通道控制结构,并进行控制参数设计,数值仿真表明2种控制结构均可实现对最优滑翔基准弹道的精确跟踪.     

非均匀参数化方法在弹道优化中的应用

为获得最优滑翔方案弹道,基于制导炮弹质点弹道模型、飞行状态约束条件与最大射程目标函数,建立了增程弹道优化模型。针对传统的均匀参数化方法难以精确逼近最优弹道的问题,将控制时域非均匀离散化,各时间段长度作为优化参数。采用变尺度的非均匀参数化方法和序列二次规划方法相结合,对滑翔方案弹道进行优化。仿真结果显示:相比传统方法,该方法设计的方案弹道的射程更远、终端速度更大,具有更强的弹道性能优势。     

滑翔飞行器多投放条件下飞行性能优化

滑翔飞行器一般可在较大空域和速域范围内的多种条件下投放使用。为综合提升滑翔飞行器多投放条件下的射程,以飞行性能分析中的最大射程分析为核心,兼顾最大射程的制导控制系统设计实现问题,建立包含几何外形、气动、结构质量和飞行性能4个学科的多学科分析模型。前3个学科主要为飞行性能分析提供必要的数据支持;飞行性能学科模型则在控制系统、弹道和制导律设计基础上,采用弹道仿真进行最大射程分析。针对滑翔飞行器增程优化对满足约束的初始设计方案需求,以美国联合防区外武器为参考,设计了满足约束的初始方案。在此基础上,对初始方案进行多投放条件下飞行性能分析。结果表明：初始方案的飞行性能与联合防区外武器的实际能力接近;调用多学科分析模型用于增程优化中不同设计方案的评价,最终方案的综合射程得到一定提升。     

带鸭舵滑翔增程炮弹飞行弹道研究

文中针对鸭式布局的滑翔增程炮弹的飞行弹道特性,通过动力学分析,建立了滑翔增程炮弹的各飞行弹道段的弹道模型和控制模型,数值分析给出了滑翔增程弹飞行速度变化规律、最大射程角以及滑翔增程炮弹的滚转控制段与滑翔控制段的弹道特性,研究结果为鸭式布局滑翔增程炮弹的弹道设计提供了理论基础。     

超远程制导炮弹滑翔增程弹道仿真研究

本文对滑翔增程的原理及弹道特性进行了分析,建立了超远程制导炮弹滑翔增程外弹道的数学模型,对最大升阻比弹道进行了仿真,从而得出理想方案弹道及实际方案弹道。对仿真结果进行了分析,并对控制环节及鸭舵外形提出了改进措施,有效解决了飞行过程中姿态角及攻角震荡的问题,保证超远程制导炮弹能够进行稳定而有效的滑翔飞行。     

航空制导炸弹制导控制律设计

根据命中精度和射程的要求,设计了某型制导炸弹的方案弹道。在滑翔段采用给定俯仰角飞行的方法,以降低马赫数,使炸弹尽快脱离跨音速飞行状态;在俯冲段采用比例导引法,导引炸弹命中目标。给出了俯仰、偏航和滚转三通道控制律,提出了控制参数的选择方法。仿真结果表明：所设计的弹道具有射程远、精度高、易实现的特点,具有较高的实用价值。     

弹道修正迫弹制导方法与制导精度研究

针对传统迫击炮弹落点精度差,打击精度低,设计了迫击炮弹弹道修正算法,采用摄动落点偏差预测法、自适应比例导引法、自适应比例微分导引法对弹道进行修正。建立了六自由度弹道模型及控制模型,阐述了摄动落点偏差预测法和比例导引法基本原理; 针对比例导引律中常值比例系数不符合实际弹道变化的特点,在纵向平面设计了自适应比例导引律,横向平面设计了自适应比例微分导引律。采用蒙特卡洛模拟打靶仿真验证,考察制导律在纵向平面、横向平面以及复合制导的修正能力。仿真结果表明,在纵向平面,自适应比例导引律效果最好; 在横向平面,自适应比例微分导引律效果最好。仿真分析了3种制导方法的复合制导效果。仿真结果表明,在纵向平面升弧段采用摄动落点偏差预测制导方法,以及在降弧段纵向平面采用自适应比例导引律、在横向平面采用自适应比例微分导引律的复合制导能力得到有效提升,迫击炮弹落点圆概率误差从无控时的126.317 m降为0.965 5 m。大射角、小射程条件下模拟打靶,圆概率误差为1.864 3 m。     

基于最大升阻比的制导炸弹弹道设计方法

针对制导炸弹无动力飞行特点和多数增程方法计算量大的问题,提出了基于最大升阻比的制导炸弹弹道设计方法。该方法通过控制俯仰舵偏角来调节攻角的大小,使弹体产生向上的升力从而实现增程。仿真结果表明:采用最大升阻比法设计的滑翔增程弹道计算量小,增程效果显著,制导炸弹射程是常规航空炸弹的3倍。     

滑翔增程弹弹道优化设计研究

研究了炮弹的增程优化设计,建立了滑翔增程弹的运动模型,为了简化问题及获得良好的弹道,提出分段优化全程弹道的方法;全程弹道分为弹道段、滑翔段,采用不同方法对各段进行优化,包括最佳射角设计、能量损失最小弹道设计、最优滑翔设计等,从而使得整个弹道达到最优;通过对某型炮弹为对象的数字仿真,所设计的弹道能够实现最大增程效果;研究结论对滑翔增程炮弹弹道优化设计具有一定的参考意义。     

变体制导炮弹气动特性分析及弹道仿真

为使制导炮弹在不同飞行状态均保持较优的气动外形,提高飞行效率,增加射程,设计了一种变体制导炮弹,并开展气动参数计算、气动特性分析和弹道仿真等研究。首先根据设计指标确定变体制导炮弹的气动布局,通过迭代优化确定弹翼、鸭舵、尾翼的具体参数,并描述其控制方式和弹道特点; 随后利用工程化算法计算变体制导炮弹的气动数据,分析升力系数、阻力系数和静稳定度等参数与弹翼外形变化之间的关系; 最后根据气动特性分析的结果为所设计的变体制导炮弹制定变体方案,采用hp-自适应伪谱法,分别对变体制导炮弹和固定外形制导炮弹以射程最大为目标进行弹道优化。结果表明:所设计的变体制导炮弹满足设计指标,具有良好的气动特性和操纵性,弹道计算结果表明通过引入变体飞行技术可以使射程提升10%～22.5%,研究结果可以为今后变体制导炮弹的研究提供参考。     

舰炮增程制导炮弹射程指标论证方法

针对舰炮制导炮弹中射程指标论证存在的问题,提出了一种射程指标论证方法。通过分析国内火炮射程 论证的方法及现状,结合舰炮制导炮弹的结构特点和工作原理,分别从水面舰艇对岸火力支援作战需求牵引、关键 技术发展水平的推动与制约进行综合平衡,提出了射程指标论证方法,在建立制导炮弹外弹道仿真模型基础上,开 展仿真与对比分析,得出射程指标。仿真结果表明,该研究可为大口径舰炮复合增程制导炮弹初步方案、相关技术 参数设计和射程论证提供参考依据。     

远程制导炮弹有控段弹道优化设计

文中对某远程制导炮弹进行弹道优化设计,为了能够很好的控制炮弹飞行,将有控段分成滑翔段、增速段和过重补偿段进行研究。根据制导炮弹滑翔段的特点,建立了制导炮弹的弹道模型,然后根据所建立的模型,给出了一种基于滑翔段的弹道优化算法。该算法避免了繁杂的梯度计算,相对于序列二次规划法其计算量大大降低了。仿真结果表明,所设计的弹道方案不仅增大了弹丸的射程,也提高了弹丸的命中概率。     

尾翼滑翔增程炮弹最大滑翔距离研究

根据尾翼滑翔增程炮弹的空气动力特性和飞行弹道特性,对其滑翔距离进行了分析研究,在一定的假设条件下,得出水平滑翔距离计算公式,在不考虑滑翔时高度对下降段射程的影响的情况下,推导了最大滑翔距离的计算公式,所得结果对于尾翼滑翔增程炮弹的外弹道设计具有一定的参考价值。     

SINS/GPS制导航弹多约束条件下复合制导律设计

针对SINS/GPS航弹无动力飞行和高度测量误差较大的缺点,设计了基于最大升阻比的中制导律,利用最优控制理论设计了一种带落角约束的末制导律,运用遗传算法对末制导律参数进行优化,达到滑翔增程的目的,并使制导航弹以陡峭的弹道攻击目标,消除高度误差对制导精度的影响。仿真结果表明,滑翔段弹道平缓,增程效果显著;俯冲段弹道陡峭,着地时弹道倾角接近-90°。     

基于高斯伪谱法的滑翔弹道优化算法研究

为了提高滑翔增程制导炮弹方案弹道的优化效率,提出了一种基于高斯伪谱法的方案弹道优化方法。以滑翔时间最短为性能指标,滑翔舵偏角为设计变量,建立了纵向平面内弹道优化模型,采用高斯伪谱法对状态量和控制量进行了离散,将最优控制问题转换为非线性规划问题,并利用序列二次规划法对其进行了求解,仿真结果表明该方法收敛域大,对初值不敏感,优化精度高,可为远程制导炮弹的方案弹道优化设计提供一定的参考。     

制导炸弹大落角攻击弹道度研究

针对制导炸弹垂直打击的要求,设计了两种可实现大落角攻击的制导方案;通过对采用带重力补偿比例导引及带重力补偿弹道成型制导律的两种制导方案进行仿真研究,检验两种制导方案的垂直打击制导效果;仿真结果表明:当制导炸弹攻击静止目标时,采用带重力补偿弹道成型制导律可实现对目标垂直打击,满足落角要求。     

基于倾侧角反馈控制的预测校正再入制导方法

针对升力式高超声速飞行器再入滑翔制导问题,提出了一种基于倾侧角反馈控制的预测校正制导方法。该算法不依赖于传统的准平衡滑翔条件（QEGC）,能够抑制再入滑翔飞行过程中产生的周期性轨迹震荡现象。纵向制导采用落点预测与指令校正相结合的方法,通过设计倾侧角反馈控制律对飞行器的高度变化率进行实时修正;侧向制导兼顾考虑横程误差和航向角误差对制导指令的影响,设计了一种基于归一化误差走廊的倾侧角反转逻辑,实现了飞行器的侧向运动控制。CAV-H高超声速飞行器制导仿真实例表明, 该制导方法有效地抑制了再入滑翔轨迹的周期性震荡,导引飞行器完成平稳再入飞行。Monte Carlo仿真验证表明,在多种扰动和误差存在的情况下,该制导方法具有良好的鲁棒性。     

冲压增程制导炮弹气动特性研究

为研究冲压增程制导炮弹在不同弹道阶段的气动特性,依据其工作原理与飞行特点,设计冲压助推、爬升飞行、滑翔控制状态所对应的3种气动外形。运用拼接网格技术与雷诺转捩模型,对冲压增程制导炮弹的三维流场与气动特性进行模拟和数值计算。结果表明：3种气动外形与相同外形参数（除舵翼与头部母线外）但不采用冲压结构形式的鸭式布局制导炮弹（参考弹）相比,升阻力系数规律一致;冲压助推、滑翔控制、爬升飞行外形在相同条件下对应的阻力系数依次递减,分别较参考弹阻力系数增大约50.5%、42.9%、33%;滑翔控制外形因鸭舵展开,相同条件下升力系数较其他两种外形大,又因进气道限制了鸭舵面积,相同条件下升力系数较参考弹小（约小11.9%）;弹体摆动减小了冲压发动机进气道的流量系数和总压恢复系数,对其总体性能产生了不利影响。     

基于优化弹道的BPNN预测制导方法

针对飞行器再入滑翔过程,提出一种跟踪优化弹道的BPNN(BP neural network)预测制导方法。首先着眼于多约束下弹道生成的快速性,利用hp-自适应伪谱法进行弹道优化;然后利用弹道样本数据训练BPNN,建立飞行状态参数与终端状态参数之间的非线性映射关系,实现对终端状态的预测;最后为制导律设计了双层线性反馈校正算法,从而完成预测制导关键环节。仿真算例该表明制导方法能够良好地满足再入飞行约束和终端约束,同时可以较好地实现对优化弹道的跟踪,并具有一定的鲁棒性和航程适应性。