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導(dǎo)彈制導(dǎo)原理ppt課件(編輯修改稿)

2025-01-04 04:06 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1) 導(dǎo)彈橫向噴流裝置的操縱方式 力矩操縱方式要求橫向噴流裝置產(chǎn)生控制力矩,不以產(chǎn)生控制力為目的,但仍有一定的控制力作用??刂屏馗淖兞藢?dǎo)彈的飛行攻角,因而改變了作用在彈體上的氣動(dòng)力。這種操縱方式不要求橫向噴流裝置具有較大的推力,通常希望將其放在遠(yuǎn)離重心的地方。力矩操縱方式具有兩個(gè)基本特性: ( 1)因?yàn)樗行У靥岣吡藢?dǎo)彈力矩控制回路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度,最終提高了導(dǎo)彈控制力的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度; ( 2)一定的控制力作用能夠有效地提高導(dǎo)彈在低動(dòng)壓條件下的機(jī)動(dòng)性。 59 1) 導(dǎo)彈橫向噴流裝置的操縱方式 對(duì)于正常式布局的導(dǎo)彈,其在與目標(biāo)遭遇時(shí)基本上已是靜穩(wěn)定的了。從法向過(guò)載回路上看,使用空氣舵控制時(shí),它是一個(gè)非最小相位系統(tǒng)。為產(chǎn)生正向的法向過(guò)載,首先出現(xiàn)一個(gè)負(fù)向的反向過(guò)載沖擊。引入橫向噴流裝置力矩操縱后,可以有效地消除負(fù)向的反向過(guò)載沖擊,明顯提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。 美國(guó)的 ERINT俄羅斯的 C300垂直發(fā)射轉(zhuǎn)彎段采用的是力矩操縱方式。 60 2) 橫向噴流裝置的縱向配置方法 ?在導(dǎo)彈上直接力機(jī)構(gòu)的配置方法主要有三種:偏離質(zhì)心配置方式、質(zhì)心配置方式和前后配置方式。 ?質(zhì)心配置方式是將一套橫向噴流裝置安放在偏離導(dǎo)彈質(zhì)心的地方。它實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)彈的力矩操縱方式。 61 2) 橫向噴流裝置的縱向配置方法 ?質(zhì)心配置方式是將一套橫向噴流裝置安放在導(dǎo)彈的質(zhì)心或接近質(zhì)心的地方。它實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)彈的力操縱方式。 62 2) 橫向噴流裝置的縱向配置方法 ?前后配置方式是將兩套橫向噴流裝置分別安放在導(dǎo)彈的頭部和尾部。前后配置方式在工程使用上具有最大的靈活性。當(dāng)前后噴流裝置同向工作時(shí),可以進(jìn)行直接力操縱;當(dāng)前后噴流裝置反向工作時(shí),可以進(jìn)行力矩操縱。該方案的主要缺陷是噴流裝置復(fù)雜,結(jié)構(gòu)重量大一些。 63 3) 橫向噴流裝置推力的方向控制 橫向噴流裝置推力的方向控制有極坐標(biāo)控制和直角坐標(biāo)控制兩種方式。 極坐標(biāo)控制方式通常用于旋轉(zhuǎn)彈的控制中。旋轉(zhuǎn)彈的橫向噴流裝置通常都選用脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)組控制方案,通過(guò)控制脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火相位來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)推力方向的控制。 直角坐標(biāo)控制方式通常用于非旋轉(zhuǎn)彈的控制中。非旋轉(zhuǎn)彈的橫向噴流裝置通常選用燃?xì)獍l(fā)生器控制方案,通過(guò)控制安裝在不同方向上的燃?xì)忾y門來(lái)實(shí)現(xiàn)推力方向的控制。其工作原理見(jiàn)圖 。 圖 直角坐標(biāo)控制 64 (4) 直接力控制系統(tǒng)方案 通過(guò)對(duì)直接力飛行控制機(jī)理的研究,得出以下直接力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則: 1) 設(shè)計(jì)應(yīng)符合 ENDGAME最優(yōu)制導(dǎo)律提出的要求; 2) 飛控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)遲后極小化原則; 3) 飛控系統(tǒng)可用法向過(guò)載極大化原則; 4) 有、無(wú)直接力控制條件下飛行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的相容性。 下面提出的控制方案主要基于后三條原則給出。 65 1) 控制指令誤差型控制器 控制指令誤差型控制器的設(shè)計(jì)思路是:在原來(lái)的反饋控制器的基礎(chǔ)上,利用原來(lái)控制器控制指令誤差來(lái)形成直接力控制信號(hào),控制器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 。很顯然,這是一個(gè)雙反饋方案??梢哉f(shuō),該方案將具有很好的控制性能,但該方案的缺點(diǎn)是與原來(lái)的空氣舵反饋控制系統(tǒng)不相容。 66 2) 第 I類控制指令型控制器 第 I類控制指令型控制器的設(shè)計(jì)思路是:在原來(lái)的反饋控制器的基礎(chǔ)上,利用控制指令來(lái)形成直接力控制信號(hào),控制器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 。很顯然,這是一個(gè)前饋-反饋方案。該方案的設(shè)計(jì)有兩個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn): 67 a) 因?yàn)槭乔梆仯答伩刂品桨福梆伩刂撇挥绊懴到y(tǒng)穩(wěn)定性,所以原來(lái)設(shè)計(jì)的反饋控制系統(tǒng)不需要重新鎮(zhèn)定參數(shù),在控制方案上有很好的繼承性; b) 直接力控制裝置控制信號(hào)用作前饋信號(hào),當(dāng)其操縱力矩系數(shù)有誤差時(shí),并不影響原來(lái)反饋控制方案的穩(wěn)定性,只會(huì)改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。因此特別適合用在大氣層內(nèi)飛行的導(dǎo)彈上; c) 在直接力前饋?zhàn)饔孟?,該控制器具有更快速的響?yīng)能力。 2) 第 I類控制指令型控制器 68 4) 第 II類控制指令型控制器 第 II類控制指令型控制器的設(shè)計(jì)思路是:利用氣動(dòng)舵控制構(gòu)筑攻角反饋飛行控制系統(tǒng),利用控制指令來(lái)形成攻角指令。利用控制指令誤差來(lái)形成直接力控制信號(hào),控制器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 。很顯然,這也是一個(gè)前饋-反饋方案,其中以氣動(dòng)舵面控制為基礎(chǔ)的攻角反饋飛行控制系統(tǒng)作為前饋,以直接力控制為基礎(chǔ)構(gòu)造法向過(guò)載反饋控制系統(tǒng)。該方案的設(shè)計(jì)具有兩個(gè)特點(diǎn): 69 4) 第 II類控制指令型控制器 a) 以攻角反饋信號(hào)構(gòu)造空氣舵控制系統(tǒng)可以有效地將氣動(dòng)舵面控制與直接力控制效應(yīng)區(qū)分開(kāi)來(lái),因此可以單獨(dú)完成攻角反饋控制系統(tǒng)的綜合工作。事實(shí)上,該控制系統(tǒng)與法向過(guò)載控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程幾乎是完全相同的。因?yàn)檩斎牍ソ欠答伩刂葡到y(tǒng)的指令是法向過(guò)載指令,所以需要進(jìn)行指令形式的轉(zhuǎn)換。這個(gè)轉(zhuǎn)換工作在導(dǎo)彈引入捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)后是可以解決的,只是由于氣動(dòng)參數(shù)誤差的影響,存在一定的轉(zhuǎn)換誤差。由于將攻角反饋控制系統(tǒng)作為復(fù)合控制系統(tǒng)的前饋通路,所以這種轉(zhuǎn)換誤差不會(huì)帶來(lái)復(fù)合控制系統(tǒng)傳遞增益誤差; b) 直接力反饋控制系統(tǒng)必須具有較大的穩(wěn)定裕度,主要是為了適應(yīng)噴流裝置放大因子隨飛行條件的變化。 70 (5) 第 III類控制指令型復(fù)合控制器 提高導(dǎo)彈的最大可用過(guò)載是改善導(dǎo)彈制導(dǎo)精度的另外一個(gè)技術(shù)途徑。通過(guò)直接疊加導(dǎo)彈直接力和氣動(dòng)力的控制作用,可以有效地提高導(dǎo)彈的可用過(guò)載。具體的控制器形式見(jiàn)圖。在圖中, K0為歸一化增益, K1為氣動(dòng)力控制信號(hào)混合比, K2為直接力控制信號(hào)混合比。通過(guò)合理優(yōu)化控制信號(hào)混合比,可以得到最佳的控制性能。該方案的問(wèn)題是如何解決兩個(gè)獨(dú)立支路的解耦問(wèn)題,因?yàn)閭鞲衅鳎ㄈ绶ㄏ蜻^(guò)載傳感器)無(wú)法分清這兩路輸出對(duì)總的輸出的貢獻(xiàn)。 71 (4) 直接力控制系統(tǒng)方案 假定直接力控制特性已知,利用法向過(guò)載測(cè)量信號(hào),通過(guò)解算可以間接計(jì)算出氣動(dòng)力控制產(chǎn)生的法向過(guò)載。當(dāng)然,這種方法肯定會(huì)帶來(lái)誤差,因?yàn)樵诠こ躺现苯恿刂铺匦圆⒉荒芫_已知。比較特殊的情況是,在高空或稀薄大氣條件下,直接力控制特性相對(duì)簡(jiǎn)單,這種方法不會(huì)帶來(lái)多大的技術(shù)問(wèn)題;而在低空或稠密大氣條件下,直接力控制特性將十分復(fù)雜,需要研究直接力控制特性建模誤差對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響。 72 167。 傾斜轉(zhuǎn)彎控制技術(shù) 近來(lái),將 BTT( BankToTurn)技術(shù)用于自動(dòng)尋的導(dǎo)彈的控制得到了人們?cè)絹?lái)越多的重視。使用該技術(shù)導(dǎo)引導(dǎo)彈的特點(diǎn)是,在導(dǎo)彈捕捉目標(biāo)的過(guò)程中,隨時(shí)控制導(dǎo)彈繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng),使其理想的(所要求的)法向過(guò)載矢量總是落在導(dǎo)彈的對(duì)稱面 I— I上(圖 ,對(duì)飛機(jī)形導(dǎo)彈而言)或中間對(duì)稱面(最大升力面)上(圖 ,對(duì)軸對(duì)稱形導(dǎo)彈而言)。國(guó)外把這種控制方式稱為 BTT控制,即傾斜轉(zhuǎn)彎的意思?,F(xiàn)在,大多數(shù)的戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈與 BTT控制不同,導(dǎo)彈在尋的過(guò)程中,保持彈體相對(duì)縱軸穩(wěn)定不動(dòng),控制導(dǎo)彈在俯仰與偏航兩平面上產(chǎn)生相應(yīng)的法向過(guò)載,其合成法向力指向控制規(guī)律所要求的方向。為便于與 BTT加以區(qū)別,稱這種控制為 STT(即 Skid- to- Turn),側(cè)滑轉(zhuǎn)彎的意思。顯然,對(duì)于 STT導(dǎo)彈,所要求的法向過(guò)載矢量相對(duì)導(dǎo)彈彈體而言,其空間位置是任意的。而 BTT導(dǎo)彈則由于滾動(dòng)控制的結(jié)果,所要求的法向過(guò)載,最終總會(huì)落在導(dǎo)彈的有效升力面上。 73 ( 1) BTT導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)外形 與 STT導(dǎo)彈相比, BTT導(dǎo)彈具有不同的結(jié)構(gòu)外形。其差別主要表現(xiàn)在: STT導(dǎo)彈通常以軸對(duì)稱形為主, BTT導(dǎo)彈以面對(duì)稱形為主。然而,這種差別并非絕對(duì),例如, BTT- 45導(dǎo)彈的氣動(dòng)外形恰恰是軸對(duì)稱形,而 STT飛航式導(dǎo)彈又采用軸對(duì)稱的彈體外形。圖 、圖 典形的 BTT導(dǎo)彈氣動(dòng)外形。 在對(duì) BTT導(dǎo)彈性能的論證中,其中任務(wù)之一即是探討 BTT導(dǎo)彈性能對(duì)彈體外形的敏感性,目的是尋求導(dǎo)彈總體結(jié)構(gòu)外形與 BTT控制方案的最佳結(jié)合,使導(dǎo)彈性能得到最大程度的改善。 點(diǎn)擊查看 75 ( 1) BTT導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)外形 由于導(dǎo)彈總體結(jié)構(gòu)的不同,例如,導(dǎo)彈氣動(dòng)外形及配置的動(dòng)力裝置的不同, BTT控制可以是如下三種類形: BTT— 45?、 BTT— 90?、 BTT— 180?。它們?nèi)叩膮^(qū)別是,在制導(dǎo)過(guò)程中,控制導(dǎo)彈可能滾動(dòng)的角范圍不同,即45?、 90?、 180?。其中, BTT— 45?控制型適用于軸對(duì)稱形(十字形彈翼)的導(dǎo)彈。 BTT系統(tǒng)控制導(dǎo)彈滾動(dòng),從而使得所要求的法向過(guò)載落在它的有效升力面上,由于軸對(duì)稱導(dǎo)彈具有兩個(gè)互相垂直的對(duì)稱面或俯仰平面,所以在制導(dǎo)過(guò)程的任一瞬間,只要控制導(dǎo)彈滾動(dòng)小于或等于 45?,即可實(shí)現(xiàn)所要求的法向過(guò)載與有效升力面重合的要求。這種控制方式又被稱為RDT,即 Roll- During- Turn,滾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎的意思。 BTT— 90?和 BTT— 180?兩類控制均是用在面對(duì)稱導(dǎo)彈上,這種導(dǎo)彈只有一個(gè)有效升力面,欲使要求的法向過(guò)載方向落在該平面上所要控制導(dǎo)彈滾動(dòng)的最大角度范圍為 90?或 180?。其中, BTT— 90?導(dǎo)彈具有產(chǎn)生正、負(fù)攻角,或正、負(fù)升力的能力。BTT— 180?導(dǎo)彈僅能提供正向攻角或正向升力,這一特性與導(dǎo)彈配置了顎下進(jìn)氣沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)。 76 ( 2) 傾斜轉(zhuǎn)彎控制面臨的 幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題 盡管 BTT技術(shù)可能提供上述的優(yōu)點(diǎn),然而作為一個(gè)可行的、有活力的控制方案取代現(xiàn)行的控制方案,還必須解決好以下幾個(gè)問(wèn)題(僅就飛行力學(xué)與飛行控制方面來(lái)說(shuō))。 1) 尋找合適的 BTT控制系統(tǒng)的綜合方法 STT導(dǎo)彈上采用的三通道獨(dú)立的控制系統(tǒng)及其綜合(設(shè)計(jì))方法已經(jīng)不再適用于 BTT導(dǎo)彈。代替它的是一個(gè)具有運(yùn)動(dòng)學(xué)耦合、慣性耦合以及控制作用耦合的多自由度( 6— DOF或 5—DOF)的系統(tǒng)綜合問(wèn)題。就其控制作用來(lái)說(shuō), STT導(dǎo)彈采用了由俯仰、偏航雙通道組成的直角坐標(biāo)控制方式,而 BTT導(dǎo)彈則采用了由俯仰、滾動(dòng)通道組成的極坐標(biāo)控制方式。綜合具有上述特點(diǎn)的 BTT控制系統(tǒng),保證 BTT導(dǎo)彈的良好控制性與穩(wěn)定性,是研究 BTT技術(shù)面臨的技術(shù)問(wèn)題之一。 77 此外, BTT導(dǎo)彈在目標(biāo)瞄準(zhǔn)線旋轉(zhuǎn)角度較小的情況下,控制轉(zhuǎn)動(dòng)角的非確定性問(wèn)題,也是 BTT技術(shù)論證中需要解決的問(wèn)題。 2) 協(xié)調(diào)控制問(wèn)題 要求 BTT導(dǎo)彈在飛行中保持側(cè)滑角近似為零,這并非自然滿足。要靠一個(gè)具有協(xié)調(diào)控制功用的系統(tǒng),即 CBTT控制系統(tǒng)( Coordinated— BTT Control system)來(lái)實(shí)現(xiàn),該系統(tǒng)保證 BTT的偏航通道與滾動(dòng)通道協(xié)調(diào)動(dòng)作,從而實(shí)現(xiàn)側(cè)滑角為零的限制。所以,設(shè)計(jì) CBTT系統(tǒng)則是 BTT技術(shù)研究中的另一大課題。 3) 要抑制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)對(duì)導(dǎo)引回路穩(wěn)定性的不利影響 足夠大的滾動(dòng)角速率是保證 BTT導(dǎo)彈性能(導(dǎo)引精度以及控制系統(tǒng)的快速反應(yīng))所必需的,而對(duì)雷達(dá)自動(dòng)導(dǎo)引的制導(dǎo)回路的穩(wěn)定性卻是個(gè)不利的影響,抑制或削弱滾動(dòng)耦合作用對(duì)導(dǎo)彈制導(dǎo)回路的穩(wěn)定性影響,是 BTT研制中必須解決的又一問(wèn)題。然而,這個(gè)問(wèn)題對(duì)于紅外制導(dǎo)的 BTT導(dǎo)彈則不必過(guò)分顧慮。 ( 2) 傾斜轉(zhuǎn)彎控制面臨的 幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題 78 ( 3) 傾斜轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)的組成及功用 BTT與 STT導(dǎo)彈控制系統(tǒng)比較,其共同點(diǎn)是兩者都是由俯仰、偏航、滾動(dòng)三個(gè)回路組成,但對(duì)不同的導(dǎo)彈( BTT或 STT),各回路具有的功用不同。表 STT與三種 BTT導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的組成與各個(gè)回路的功用。 點(diǎn)擊查看 表 80 ( 4)傾斜轉(zhuǎn)彎自動(dòng)駕駛儀設(shè)計(jì) 為實(shí)現(xiàn)傾斜轉(zhuǎn)彎控制的自動(dòng)駕駛儀稱為傾斜轉(zhuǎn)彎自動(dòng)駕駛儀。根據(jù)對(duì)側(cè)滑角的控制要求,傾斜轉(zhuǎn)彎自動(dòng)駕駛儀可分為協(xié)調(diào)式和非協(xié)調(diào)式兩大類。協(xié)調(diào)式傾斜轉(zhuǎn)彎自動(dòng)駕駛儀在按導(dǎo)引律控制導(dǎo)彈飛行的過(guò)程中,保持導(dǎo)彈的側(cè)滑角近似為零,非協(xié)調(diào)式傾斜轉(zhuǎn)彎自動(dòng)駕駛儀則不保持導(dǎo)彈的側(cè)滑角近似為零。 采用 BTT— 45176。 控制方式的導(dǎo)彈,一般允許在飛行過(guò)程中存在側(cè)滑角,有人甚至主張?jiān)趦A斜轉(zhuǎn)彎過(guò)程中同時(shí)操縱導(dǎo)彈作小量的傾滑轉(zhuǎn)彎,以提高飛行控制的準(zhǔn)確性,因此一般要求使用與慣常的側(cè)滑轉(zhuǎn)彎自動(dòng)駕駛儀相類似的非協(xié)調(diào)式傾斜轉(zhuǎn)彎自動(dòng)駕駛儀。 采用 BTT— 90176。 和 BTT— 180176。 控制方式的高性能導(dǎo)彈,為了提高導(dǎo)彈的氣動(dòng)穩(wěn)定性,減小誘導(dǎo)滾轉(zhuǎn)力矩,減小氣動(dòng)渦流的不利影響和提高最大可用攻角,一般要求使用協(xié)調(diào)式傾斜轉(zhuǎn)彎自動(dòng)駕駛儀,以保持導(dǎo)彈在飛行過(guò)程中的側(cè)滑角近似為零。 81 ( 4)傾斜轉(zhuǎn)彎自動(dòng)駕駛儀設(shè)計(jì) 圖 傾斜轉(zhuǎn)彎導(dǎo)彈動(dòng)力學(xué)的耦合關(guān)系 由于在傾斜轉(zhuǎn)彎控制過(guò)程中,須要操縱導(dǎo)彈繞縱軸高速旋轉(zhuǎn),過(guò)去常用的俯仰、偏航、滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)互相獨(dú)立的導(dǎo)彈動(dòng)力學(xué)模型已不再適用。這時(shí)不僅須要考慮氣動(dòng)耦合,而且須要考慮運(yùn)動(dòng)學(xué)耦合和慣性耦合,如圖 。 82 ( 4)傾斜轉(zhuǎn)彎自動(dòng)駕駛儀設(shè)計(jì) 因此傾斜轉(zhuǎn)彎自動(dòng)駕駛儀的控制對(duì)象,是一種多輸人、多輸出的動(dòng)態(tài)過(guò)程。傾斜轉(zhuǎn)彎自動(dòng)駕駛儀設(shè)計(jì),必須尋求多變量系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法。要在所有的飛行條件下實(shí)現(xiàn)側(cè)滑角近似為零的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎,是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。因?yàn)樽鳛槭芸貙?duì)象的導(dǎo)彈動(dòng)力學(xué)特性,不僅隨著導(dǎo)彈的飛行速度、飛行高度和質(zhì)心位置而變化,而且隨著導(dǎo)彈的攻角。側(cè)滑角和姿態(tài)角速度而變化。 比較有代表性的傾斜轉(zhuǎn)彎自動(dòng)駕駛儀設(shè)計(jì)方
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