【摘 要】
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随着军事科技的发展,传统非制导弹药也需要面临着信息化和智能化的升级,因此常规弹药的智能化已成为了一种趋势。尤其是基于身管发射平台的具备高旋特性的微小口径子弹药,由于其外弹道时间短、可利用空间狭小,其制导和控制的设计及系统集成面临着不同于常规制导炮弹的技术难题和挑战,因此研究一种控制装置使其拥有更高的响应及控制带宽并且能够保持高旋弹体的良好气动外形是具有重大意义的。目前普遍的制导方式采用气动布局的翼
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随着军事科技的发展,传统非制导弹药也需要面临着信息化和智能化的升级,因此常规弹药的智能化已成为了一种趋势。尤其是基于身管发射平台的具备高旋特性的微小口径子弹药,由于其外弹道时间短、可利用空间狭小,其制导和控制的设计及系统集成面临着不同于常规制导炮弹的技术难题和挑战,因此研究一种控制装置使其拥有更高的响应及控制带宽并且能够保持高旋弹体的良好气动外形是具有重大意义的。目前普遍的制导方式采用气动布局的翼面调节,在用于依靠陀螺稳定机理的高旋子弹药时会遇到难以克服的技术挑战。在这样的背景下,针对压电双晶片结构小巧、质量轻、控制带宽高以及响应快等特点,提出了一种基于变质心控制和压电双晶片执行器的姿态调控系统,可应用于微小口径高旋子弹药的飞行姿态调节。以压电双晶片执行机构为研究对象,高旋子弹为应用平台,对旋转环境下双晶片及双晶片驱动机构的结构和静、动力学特性、高旋平台下的调姿态系统模型集成设计以及输出特性验证展开了详细的分析和研究,本论文主要工作如下:(1)利用分析力学和有限元方法建立了高旋环境下不同边界条件的压电双晶片结构动力学模型,结合数值仿真分析了高旋环境对压电双晶片的输出特性的影响,为特殊环境下的执行机构设计奠定了理论基础。(2)针对高旋飞行器(平台)的应用特点,对基于压电双晶片的执行机构进行了具体配置方案设计,提出了基于变质心机制的单双晶片-质量块模型以及基于后屈曲预压缩(PBP)原理的悬臂双晶片舵机机构平台,并对两种方案进行了输出特性的详细分析,理论上验证了高旋环境对双晶片执行机构的输出特性影响关系,为应用于高旋平台的执行机构方案选择提供了依据。(3)建立了微小型高旋飞行器(如子弹)的姿态调节模型并分析了空气动力学作用机制,提出了基于陀螺稳定机理的姿态调节及弹道控制方式,该方法具有不改变微小子弹药气动外形的优势。结合双晶片-质量块执行机构进行了调姿态系统的集成设计,开展了飞行中高旋子弹药的气动仿真分析并建立了变质心控制下的高旋弹六自由度刚体动力学模型,初步验证了姿态调节和弹道控制方案的可行性。(4)搭建了双晶片高旋试验平台以及预紧力压缩型压电机构的试验平台,用于验证前述模型的正确性,试制出高旋飞行器原理试验样机,基于刚体姿态调节和其弹道修正机理,以三轴陀螺仪平台模拟飞行的高旋子弹,测试了提出的姿态调控作动装置的位移输出诱导出平台的姿态改变效应,印证了理论分析的正确性以及方案的可行性。
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