自旋飛行器橫向振動的動力學與控制機理研究

《自旋飛行器橫向振動的動力學與控制機理研究》是依託北京理工大學，由榮吉利擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：自旋飛行器橫向振動的動力學與控制機理研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：榮吉利
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目研究工作以飛行器為研究對象，研究自旋飛行彈箭橫向振動動力學理論、有限元實現方法、仿真程式實現和振動機理分析。.通過將轉子動力學的基本思想融入外彈道學中，建立合理的力學模型。利用有限單元法，通過動力學理論分析，給出考慮陀螺效應的自旋彈體飛行時橫向振動的有限元振動方程。針對振動方程，研究有限元計算方法。研究和實現自旋飛行彈箭彈體橫向振動動力學仿真技術，實現彈體橫向振動自振特性、動力回響及穩定性仿真計算程式開發。通過與商業軟體的對比計算驗證該理論和方法的正確性和有效性。通過仿真計算，探討各種因素對彈體橫向振動的影響，總結彈體橫向振動規律，分析共振和失穩原因，為工程設計提供有效的參考依據。. 通過開展本項研究，促進相關理論和方法的發展，為彈箭的工程設計提供相關的基礎理論支撐和數位化設計手段，揭示彈體結構設計與外彈道振動行為的關係，實現彈箭系統總體結構的合理最佳化設計，提高彈箭的研製水平。

結題摘要

以自旋飛行器為研究對象，研究了自旋飛行彈箭橫向振動動力學理論、有限元實現方法、仿真程式實現和振動機理分析。 通過將轉子動力學的基本思想融入外彈道學中，建立了合理的力學模型。利用有限單元法，採用Timoshenko梁模型，通過動力學理論分析，給出考慮陀螺效應和剪下變形的自旋彈體飛行時橫向振動的有限元振動方程及其特徵頻率方程。針對特徵頻率方程，採用廣義Lanczos方法對其進動頻率及振型進行求解。而針對有限元振動方程，則採用Newmark直接積分方法進行求解。研究和實現了自旋飛行彈箭彈體橫向振動動力學仿真技術，實現了彈體橫向振動自振特性、動力回響仿真計算程式開發。通過與商業軟體的對比計算驗證了該理論和方法的正確性和有效性。通過對實際案例的自振特性分析，探討了轉速和長徑比對彈體進動頻率及模態振型的影響，得出由彈體自轉產生的陀螺效應會使進動頻率隨著彈箭轉速的增加而呈現正負分離，而剪下效應則會降低各階進動頻率。以往對自旋飛行器的模態分析在理論上不夠全面，是存在誤差的，沒有考慮轉速對進動頻率的影響。同時進行了動力回響的仿真計算，探討了如轉速、長徑比、質量偏心及初始擾動等因素對彈體橫向振動的影響。當彈體的自轉速度接近或等同於其臨界轉速以及各階進動頻率時，彈體將產生強烈的共振現象，不僅彈體運動將會失穩，而且會對結構造成破壞。而在非臨界轉速下的振動回響則呈現穩定的拍振特性，拍振的高頻頻率與激振力的頻率相等，低頻頻率則可能是由激勵所引起的彈體運動的章動頻率。通過開展本項研究，促進相關理論和方法的發展，探討了各種因素對彈體橫向振動的影響，總結彈體橫向振動規律，分析共振和失穩原因，為工程設計提供有效的參考依據。