简易制导炸弹有控弹道的设计与研究

论文摘要

本文以常规炸弹制导化改造工程项目为背景，围绕简易制导炸弹在大高度、大方向角投弹条件下有控弹道的设计问题展开分析与研究，内容涉及气动、弹道、飞行特性、控制及仿真等多个方面。 首先根据简易制导炸弹大高度、大方向角投弹条件下的气动特性和运动特点，建立了其空间运动的六自由度数学模型； 接着结合制导模式及坐标攻击形式，建立了简易制导炸弹的方案弹道数学模型并给出了弹道解算流程，分析了影响炸弹落点精度的若干因素，定义了投弹攻击区并优化设计了满足战术技术指标要求的方案弹道； 随后在小扰动法的基础上对炸弹的非线性微分方程作了线性化处理，建立了扰动运动方程，定义了动力系数并分析了炸弹的弹体扰动性能以及舵角阶跃偏转时的弹体动态特性； 其次结合炸弹弹体参数在大高度、大方向角投弹条件下的慢时变特性，提出了一种基于方案弹道弹体传递函数的神经网络直接自校正方法并给出了具体的算法及仿真实例； 再次分析了简易制导炸弹大高度、大方向角投弹条件下三个通道间的气动、力矩的交叉耦合情况，并且结合神经网络的优化思想，在不变性原理的基础上提出了一种与炸弹弹体固有参数相关的降阶动态解耦方法； 最后针对简易制导炸弹的有控飞行全过程，结合制导律发展了方案弹道的实时计算技术并进行了攻击区内大高度、大方向角以及有较大初始偏差这三种典型投弹条件下炸弹的有控飞行仿真。 研究成果对于简易制导炸弹的总体设计、半实物仿真、实物仿真、硬件实现以及飞机带飞等多项地面或空中实验有较好的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 制导炸弹发展概况
• 1.2 课题研究背景及意义
• 1.3 简易制导炸弹有控弹道设计中的若干问题
• 1.4 简易制导炸弹的有控飞行全过程
• 1.5 国内外研究现状
• 1.6 论文的主要研究内容
• 2 简易制导炸弹的空间运动数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 常用坐标系
• 2.3 坐标系之间的关系及转换
• 2.4 简易制导炸弹所受的外力和力矩
• 2.4.1 所受的外力
• 2.4.2 所受的外力矩
• 2.5 简易制导炸弹的六自由度刚体弹道模型
• 2.5.1 动力学方程
• 2.5.2 运动学方程
• 2.5.3 几何关系方程
• 2.5.4 简易制导炸弹的空间运动方程组
• 2.6 本章小结
• 3 简易制导炸弹大高度、大方向角投弹条件下的飞行弹道设计及动态特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 方案弹道的优化设计
• 3.2.1 理想方案弹道及其假设
• 3.2.2 方案弹道数学模型
• 3.2.3 方案弹道解算流程
• 3.2.4 程序俯仰角和程序高度以及程序攻角的优化设计
• 3.2.5 攻击区内有初始偏差投放的方案弹道优化设计
• 3.3 在攻击区内投弹的实时计算
• 3.4 简易制导炸弹的动态特性分析
• 3.4.1 动态特性分析的研究方法
• 3.4.2 炸弹弹体自由扰动运动分析
• 3.4.3 炸弹舵角阶跃偏转时的弹体动态特性分析
• 3.5 本章小结
• 4 简易制导炸弹大高度、大方向角投弹条件下的飞行控制设计
• 4.1 引言
• 4.2 简易制导炸弹的控制系统构成
• 4.2.1 纵向控制系统
• 4.2.2 侧向控制系统
• 4.2.3 舵机伺服系统的传递函数处理方法
• 4.3 方案弹道弹体传递函数参数曲线及其存储问题
• 4.4 基于方案弹道弹体传递函数的在线神经网络控制设计
• 4.4.1 改进的BP神经网络算法
• 4.4.2 BP神经网络初始权值及隐层神经元个数的确定
• 4.4.3 BP神经网络训练数据的选取
• 4.5 单通道神经网络控制设计
• 4.5.1 姿态稳定回路的神经网络控制设计
• 4.5.2 质心回路的神经网络控制设计
• 4.5.3 方案弹道的采样周期与方案弹道弹体传递函数的采样周期
• 4.6 单通道神经网络控制仿真实例
• 4.7 本章小结
• 5 简易制导炸弹大高度、大方向角投弹条件下的解耦控制研究
• 5.1 引言
• 5.2 定义耦合度
• 5.3 大高度、大方向角投弹条件下三个通道之间的耦合情况
• 5.3.1 偏航通道与滚转通道之间的交叉耦合
• 5.3.2 纵向通道与航向通道之间的交叉耦合
• 5.4 解耦控制设计
• 5.4.1 不变性解耦
• 5.4.2 神经网络降阶解耦
• 5.4.3 降阶解耦实例
• 5.5 本章小结
• 6 大高度、大方向角投弹条件下简易制导炸弹的全弹道有控飞行仿真
• 6.1 引言
• 6.2 全弹道有控飞行仿真原理及主要功能模块
• 6.3 方案弹道数据的补偿方法
• 6.4 控制量的实际分解方法
• 6.5 攻击区内有控飞行实例仿真
• 6.5.1 标准条件下投弹
• 6.5.2 大方向角条件下投弹
• 6.5.3 攻击区边缘点投弹
• 6.6 有控飞行结果分析
• 6.7 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 本文研究工作的总结
• 7.2 进一步研究设想
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文