基本介紹
- 中文名：飛彈姿態控制系統
- 外文名：missile attitude control system
- 主要功能：穩定飛彈姿態
- 發展趨勢：數位化、實現自適應、多功能化
定義,系統組成,控制原理,作用,分類,彈道飛彈姿態控制系統,戰術飛彈姿態控制系統,巡航飛彈姿態控制系統,發展趨勢,
定義
飛彈姿態控制系統（missile attitude control system） 自動穩定和控制飛彈繞質心運動的彈上整套裝置。其主要功能是：在各種干擾情況下，穩定飛彈姿態，保證飛彈飛行姿態角偏差在允許範圍內；根據制導指令，控制飛彈姿態角，以調整飛彈的飛行方向，修正飛行路線，使飛彈準確命中目標。
系統組成
飛行中彈道飛彈繞質心運動通常用3個飛行姿態角（滾動、偏航和俯仰）及其變化率來描述。其姿態控制系統一般由3個基本通道組成，分別穩定和控制飛彈的滾動、偏航和俯仰姿態。各通道組成基本相同，由敏感裝置、變換放大裝置和執行機構組成。
1、敏感裝置用於測量飛彈的姿態變化並輸出信號，通常採用位置陀螺儀、慣性平台和速率陀螺儀等慣性器件。位置陀螺儀是利用二自由度陀螺儀的穩定性提供飛彈姿態角測量基準，通過角度感測器輸出與飛彈姿態角偏差成比例的電信號。慣性平台是為飛彈提供測量坐標基準．利用彈體相對於慣性平台框架間的轉動來產生姿態角信號。速率陀螺儀是利用單自由度陀螺儀的進動性，來測量飛彈的姿態角速率，經換算給出飛彈姿態角變化信號。有些飛彈還採用加速度計等作為敏感裝置，以實現彈體載荷和質心偏移的最小控制。
2、變換放大裝置用於對各姿態信號和制導指令信號按一定控制規律進行運算、校正和放大並輸出控制信號。姿態控制系統按傳遞的信號形式可分為模擬式和數字式。在模擬式姿態控制系統中，所傳遞的信號是連續變化的物理量，主要由校正網路和放大器等組成。在數字式姿態控制系統中，所有信號都被轉化為數字量，變換放大裝置通常由彈上計算機兼顧，其變換放大裝置又稱為控制計算裝置。
3、執行機構，又稱伺服機構。有電動、氣動和液壓等類型。用於將電信號轉變成機械動作，其工作過程是：根據控制信號驅動舵面或擺動發動機，產生使彈體繞質心運動的控制力矩，以穩定或控制飛彈的飛行姿態。產生控制力矩的方式有舵面氣動控制和推力向量控制兩類。舵面氣動控制方式是由伺服機構（或舵機）驅動空氣舵產生氣動控制力矩，它能有效地穩定和控制飛彈在大氣層內飛行；推力向量控制方式是由伺服機構改變推力向量產生控制力矩，它有燃氣舵、液體（或氣體）二次噴射、擺動發動機、擺動噴管或姿態控制發動機等控制方式。推力向量控制方式在大氣層外也能使用，但必須在發動機工作情況下進行。飛彈姿態控制系統中的敏感裝置、變換放大裝置和執行機構等與彈體（控制對象）一起構成飛彈姿態控制閉環迴路。大型飛彈（火箭）的姿態控制系統多採用姿態角、姿態角速度和線加速度的多迴路閉環控制。當制導指令信號為零時，如果飛彈在干擾力矩作用下使彈體姿態角發生變動，則敏感裝置敏感其信號，經過迴路負反饋產生控制力矩與干擾力短相平衡；當干擾力矩消除後，控制力矩自動消失，從而使飛彈的姿態角保持穩定。當制導指令信號不為零時，信號經過閉環迴路產生控制力矩，控制飛彈的姿態角，以實現飛彈的控制。
控制原理
為了實現穩定和控制飛彈的飛行姿態，需要控制力矩。產生控制力矩的方式通常有兩類：①舵面氣動控制。有翼飛彈可在彈體頭部、中部或尾部安裝空氣舵，由伺服機構轉動空氣舵產生氣動控制力矩，有效地控制飛彈在大氣層內飛行。②推力向量控制。由伺服機構改變推力向量產生控制力矩。推力向量控制方式有燃氣舵、液體二次噴射、擺動發動機或擺動噴管等。這類方式在大氣層外也可使用，但在發動機關機後就失去作用。彈道飛彈廣泛採用這類控制方式。
作用
飛彈姿態控制系統的主要作用是：①在各種干擾條件下，保證飛彈飛行姿態角的偏差穩定在允許的範圍內；②根據制導指令控制飛彈的飛行姿態角，以改變飛彈的運動方向，修正飛行路線，從而保證飛彈準確命中目標。
作用
作用分類
由於各類飛彈所執行的任務不同，它們的運動方程和固有特性差異很大，所以不同類型飛彈的姿態控制系統各有其特點。
彈道飛彈姿態控制系統
其特點為：①大型彈道飛彈多無尾翼，多是靜不穩定體，而且靜不穩定度比較大，需要大的控制力矩。舵面產生的力矩常常不足以達到控制作用，需要採用擺動主發動機等方法產生足夠的控制力矩。②大型飛彈多為薄殼結構，彈性振動頻率很低，接近姿態控制系統的固有頻率。減低或消除彈體彈性振動影響的方法主要是把敏感裝置安裝的飛彈上彈性振動影響不大的位置，或者在系統中引入合適的濾波器。③液體燃料飛彈因液體晃動而產生的晃動力會影響飛彈飛行的穩定性。應對燃料貯箱形狀採取適當設計或增加防晃板，對液體的晃動產生阻尼作用。④彈道飛彈的飛行環境變化很大，易受大風乾擾，多級飛彈在分離時有較大的分離干擾，姿態控制系統必須能適應這些干擾和大範圍的參數變化。
戰術飛彈姿態控制系統
這類飛彈用於攻擊快速活動目標，對姿態控制系統的動態品質要求較高，尤其要求具有反應迅速和能使飛彈產生所需較大過載（橫向和法向加速度）的性能。這類飛彈往往只要求穩定滾轉角，而偏航角和俯仰角則由制導指令來控制，以完成飛行軌跡的調整。姿態控制系統的滾轉通道用自由陀螺儀作為敏感裝置；俯仰和偏航通道用速率陀螺儀作為敏感裝置，對彈體的角振蕩產生阻尼作用；用加速度計作為輸出反饋裝置來獲得良好的動態品質。這類系統對慣性器件的精度要求不高，但要求測量範圍大和能快速起動。
巡航飛彈姿態控制系統
這種飛彈類似飛機。它的姿態控制系統與飛機自動駕駛儀性質相似，主要問題是各通道之間的耦合和彈體的結構顫振。
發展趨勢
現代飛彈姿態控制系統的發展趨勢是數位化、實現自適應、智慧型化和多功能化。而姿態穩定和控制技術是飛彈姿態控制系統的重中之重，未來5-10年是我國航天事業發展的又一重要階段，我國對新型運載器和空間控制技術的研製需求和高新武器、新一代武器的研製計畫，給了姿態控制系統穩定和控制技術很大的發展空間，是機遇也是挑戰。一方面，無論是飛彈還是運載火箭，新的戰略指標在機動性、可靠性、控制精度等方面都提出了更高的要求，現有控制方面難以完全適應，必須尋找新的控制方案以適應日趨複雜的被控對象。姿態系統的研究方向以及內容如下：與高新武器和新型運載器相關的關鍵技術、先進控制理論套用研究、姿態控制系統可靠性研究、姿態控制系統CAD技術研究、控制系統仿真技術等。
