《考慮氣動非線性的自旋飛行器錐形運動穩定性研究》是依託北京理工大學，由趙良玉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：考慮氣動非線性的自旋飛行器錐形運動穩定性研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：趙良玉
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
錐形運動是自旋彈箭飛行器動不穩定的一種基本表現形式。目前，迫切需要在考慮氣動非線性的情況下，建立直觀的錐形運動穩定判據，揭示氣動特性和彈體參數對其穩定域的影響規律。本項目以一類自旋彈箭飛行器為背景，圍繞錐形運動穩定性問題展開深入研究。主要研究內容包括：（1）在考慮氣動非線性的情況下，以攻角和側滑角為狀態變數，分別建立無控和有控自旋飛行器的錐形運動數學模型；（2）構建合適的李雅普諾夫函式，逐一推導無控和有控自旋彈箭錐形運動的解析式漸近穩定判據，研究系統參數對其穩定域的影響規律；（3）推導無控和有控自旋彈箭錐形運動的有限時間穩定條件，確定建立時間函式。研究過程中採用數值計算、半實物仿真等驗證理論成果。在考慮氣動非線性的情況下，形成一套針對錐形運動穩定性問題的研究體系。本項目是有關自旋彈箭飛行器動態穩定性的套用基礎研究，研究成果有助於全面揭示錐形運動的產生機理，並可以指導同類飛行器的總體設計。
結題摘要
自旋飛行器是指飛行中繞自身縱軸連續旋轉的一類彈箭飛行器。錐形運動是自旋飛行器動不穩定的一種基本表現形式，其穩定性問題一直是該領域的研究熱點和難點。為了揭示非線性因素對錐形運動的影響規律，明確非線性錐形運動的穩定條件，本項目以一類自旋彈箭飛行器為研究對象，重點圍繞考慮非線性因素的錐形運動穩定性問題開展研究。取得的研究成果主要包括：（1）分別研究了非線性馬格努斯力矩、阻尼力矩和靜穩定力矩下的有控自旋飛行器錐形運動穩定性，獲得了自旋飛行器角運動的穩定區域和極限環運動存在的充分條件等，結果表明採用線性系統模型穩定性準則設計的控制器參數並不能保證考慮非線性因素後的系統穩定性。（2）在建立舵機間隙數學模型的基礎上，採用描述函式法獲得了極限環運動存在的充要條件，並分析了關鍵參數對極限環運動幅值的影響規律。（3）揭示了單通道控制旋轉彈的氣動非對稱性對彈體角運動特性的影響規律；通過勞斯判據給出了解析形式的錐形運動穩定條件，該穩定條件可方便的等價為錐形運動穩定情況下的旋轉彈轉速範圍，為單通道控制旋轉彈的錐形運動穩定性研究提供了另外一種思路。同時分析了氣動非線性對單通道控制旋轉彈錐形運動穩定性的影響，結果表明，在同樣的條件下，線性化的錐形運動模型是穩定的，而考慮氣動非線性的錐形運動可能產生極限環運動。（4）分析了質量矩控制自旋飛行器無控時的動穩定條件，分析了活動質量塊的安裝位置及彈體自旋速度對系統錐形運動的影響。研究了帶有姿態角速度反饋迴路的自旋飛行器動態穩定性，分別推導了慢自旋和快自旋質量矩控制自旋飛行器的穩定條件，獲得了控制系統設計參數的穩定性邊界。（5）根據拉格朗日定理和梁理論，針對某大長徑比柔性制導自旋飛行器進行了動力學建模，得到了非線性、且考慮剛體運動與彈性變形耦合的角運動動力學方程。在只考慮一階彈性振動的條件下，完成了對旋轉彈錐形運動穩定性的仿真，結果表明，大長徑比自旋飛行器的柔性變形會降低錐形運動的穩定域。（6）為準確描述和測量自旋飛行器的真實錐形運動，提出了錐形運動的慣性測量方法，建立了錐形運動的測量方程和解算方程，推導了自旋飛行器真實錐形運動的解算方法。本項目是有關自旋彈箭飛行器動態穩定性的套用基礎研究，上述研究成果有助於全面揭示錐形運動的產生機理，並可以指導同類飛行器的總體設計。
