一种单滑块变质心控制飞行器的动态稳定性判定方法
【专利摘要】本发明提出一种单滑块变质心控制飞行器的动态稳定性判定方法，可以判断不同滑块偏移距离下系统的动态稳定性。步骤一、获取所要分析的再入飞行器的弹体结构参数及飞行条件参数；步骤二、使用气动分析软件或通过风洞试验，获取飞行条件下飞行器的空气动力系数；步骤三、根据上述得到的参数和空气动力系数计算最大稳定偏移距离zm：步骤四、判断滑块偏移距离是否小于步骤三中得到的最大稳定偏移距离，若滑块偏移距离满足|z|＜zm，则系统姿态动力学稳定，飞行器的章动运动可收敛至平衡点；若|z|≥zm，则系统动力学不稳定，此时飞行器的章动角会随时间呈发散趋势。
【专利说明】一种单滑块变质心控制飞行器的动态稳定性判定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种单滑块变质心控制飞行器的动态稳定性判定方法，可广泛应用于再入飞行器的动态特性分析、单滑块变质心控制执行机构参数设计、控制器设计等领域。
【背景技术】
[0002]变质心控制(Moving mass control,国内也称为质量矩控制)是通过质心偏移来达到控制目的的方法，与通过改变力的方式来影响作用在飞行器上控制力矩的方法(如气动舵，配平翼、喷气推力)不同，变质心控制是通过改变力臂的方式来影响控制力矩。偏移质心可以通过移动飞行器内部活动部件实现，如移动弹头的战斗部等。
[0003]变质心控制按照执行机构的数量不同主要可分为单滑块控制、双滑块控制及三滑块控制。其中单滑块控制的飞行器通常具有非对称的结构外形，以产生大小不可调节的升力以使得飞行器具有法向过载能力。通过控制滑块相对于质心的偏移可以控制飞行器的滚转姿态，进而控制升力的方向，达到控制飞行器过载方向的目的。稳定性是动力学系统的重要特性之一，在系统理论和工程中，稳定性理论起着主导作用。对大多数情形，稳定是控制系统能够正常运行的前提。对于线性系统，其稳定性分析理论较为成熟，对系统稳定性的判别多是基于李雅普诺夫第一方法和第二方法。而对于非线性系统，其稳定性分析方法与线性系统类似，但所面对的对象则复杂得多，这也导致非线性系统稳定性的分析难度较线性系统明显增大。尤其是对于高阶非线性系统，对系统的稳定性分析多是基于数值计算方法，而很难得到解析形式的稳定性判据。
[0004]变质心控制飞行器的姿态运动是典型的高阶非线性环节，对其稳定性进行分析是系统动力学特性分析的重点，也是开展控制系统设计的基础。目前，尚没有公开资料针对此类飞行器的动态稳定性判定方法展开研究。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明基于单滑块变质心控制飞行器非线性动力学特性，根据滑块偏移距离与系统稳定性的关系，提出了一种单滑块变质心控制飞行器的动态稳定性判定方法，可以判断不同滑块偏移距离下系统的动态稳定性。
[0006]一种单滑块变质心控制飞行器的动态稳定性判定方法，包括以下步骤:
[0007]步骤一、获取所要分析的再入飞行器的弹体结构参数及飞行条件参数；
[0008]步骤二、使用气动分析软件或通过风洞试验，获取飞行条件下飞行器的空气动力系数；
[0009]步骤三、根据上述得到的参数和空气动力系数计算最大稳定偏移距离Zm:
【权利要求】
1.一种单滑块变质心控制飞行器的动态稳定性判定方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、获取所要分析的再入飞行器的弹体结构参数及飞行条件参数； 步骤二、使用气动分析软件或通过风洞试验，获取飞行条件下飞行器的空气动力系数； 步骤三、根据上述得到的参数和空气动力系数计算最大稳定偏移距离Zm:
In1-除滑块外全弹质量;m2-滑块质量；Jx-x向转动惯量；Jy_y向转动惯量；Jz_z向转动惯量；z_滑块偏尚弹体纵向对称面的距尚；S_特征面积；L_特征长度；？ = _动压，P为密度，V为体积；cx-阻力系数；Cy(r弹体不对称导致的零攻角下的升力系数'C0y -升力系数对攻角的导数；rnxx -滚转阻尼力矩系数导数；mz(l-弹体不对称导致的零攻角下的俯仰力矩系数ηι -俯仰力矩系数对攻角的导数； 步骤四、判断滑块偏移距离是否小于步骤三中得到的最大稳定偏移距离，若滑块偏移距离满足I ζ I <zffl,则系统姿态动力学稳定，飞行器的章动运动可收敛至平衡点；若I Z I ^ Zffl,则系统动力学不稳定，此时飞行器的章动角会随时间呈发散趋势。
【文档编号】G05D1/08GK104166348SQ201410386712
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】于剑桥, 王亚飞, 王林林, 沈元川, 艾晓琳, 蒋虎超 申请人:北京理工大学