变质心再入弹头螺旋机动突防弹道设计

doi:10.7527/S1000-6893.2016.0027

流体力学与飞行力学

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变质心再入弹头螺旋机动突防弹道设计

王林林¹, 于剑桥¹, 王亚飞²

1. 北京理工大学宇航学院, 北京 100081;
2. 江苏自动化研究所, 连云港 222006

收稿日期:2015-06-19 修回日期:2016-01-21 出版日期:2016-05-15 发布日期:2016-01-26
通讯作者: 于剑桥,Tel.:010-68912407 E-mail:jianqiao@bit.edu.cn E-mail:jianqiao@bit.edu.cn
作者简介:王林林,男,博士研究生。主要研究方向:飞行动力学与控制、飞行器系统设计。Tel:010-68918614 E-mail:wang_linlin@bit.edu.cn;于剑桥,男,教授,博士生导师。主要研究方向:多智能体系统分布式控制、鲁棒控制、飞行动力学与控制和飞行器系统设计。Tel:010-68912407 E-mail:jianqiao@bit.edu.cn;王亚飞,男,高级工程师。主要研究方向:飞行动力学与控制、飞行器系统设计。Tel:010-68918614 E-mail:wangyafei@bit.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(61350010)

Spiral maneuver penetration trajectory for moving-mass reentry warhead

WANG Linlin¹, YU Jianqiao¹, WANG Yafei²

1. School of Aerospace Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China;
2. Jiangsu Automation Research Institute, Lianyungang 222006, China

Received:2015-06-19 Revised:2016-01-21 Online:2016-05-15 Published:2016-01-26
Supported by:
National Natural Science Foundation of China (61350010)

摘要/Abstract

摘要：

为提高高超声速变质心再入弹头的突防能力,设计了一种基于主动螺旋机动的突防弹道。在建立变质心弹头动力学模型和弹目运动学模型的基础上,引入新的控制变量,通过控制质量块的偏移位置,将速度矢量和弹目连线的夹角控制在固定值并且使速度矢量绕弹目连线以一定转速旋转来实现螺旋机动。在实现螺旋机动的基础上,推导了弹体处于螺旋机动状态下的螺旋机动半径和稳态脱靶量均方根的解析解。六自由度弹道仿真表明,所设计的突防方案使再入弹头能够进行有效的螺旋机动,通过合理控制机动幅度大小,可以在实现螺旋机动突防的同时保证较高的命中精度。

关键词: 螺旋机动, 高超声速飞行器, 变质心控制, 突防, 再入

Abstract:

To improve the penetrability of moving-mass reentry warhead, an actively spiral maneuver trajectory is proposed. Dynamics model and missile-target kinematics model are established and analyzed by introducinga new variable and controlling the lateral position of moving-mass; the angle between the velocity vector and the line of sight vector is controlled at a desired value. Based on the above analysis, analytical solutions of spiral maneuver radius and root-mean-square miss distance are derived. Six-dimensional trajectory simulations demonstrate that the proposed approach is capable of achieving spiral maneuver. By adjusting the value of maneuver margin, the spiral maneuver and high precision can be achieved at the same time.

Key words: spiral maneuver, hypersonic vehicle, moving-mass control, penetration, reentry

中图分类号:

V412

王林林, 于剑桥, 王亚飞. 变质心再入弹头螺旋机动突防弹道设计[J]. 航空学报, 2016, 37(5): 1484-1493.

WANG Linlin, YU Jianqiao, WANG Yafei. Spiral maneuver penetration trajectory for moving-mass reentry warhead[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2016, 37(5): 1484-1493.

参考文献

[1] 高长生, 李君龙, 荆武兴, 等. 导弹质量矩控制技术发展综述[J]. 宇航学报, 2010, 31(2):307-314. GAO C S, LI J L, JING W X, et al. Key technique and development for moving mass actuated kinetic missile[J]. Journal of Astronautics, 2010,31(2):307-314(in Chinese).
[2] 李自行, 李高风. 移动质心再入飞行器建模及自抗扰滚动控制[J]. 航空学报, 2012, 33(11):2121-2129. LI Z X, LI G F. Moving centroid reentry vehicle modeling and active disturbance rejection roll control[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2012, 33(11):2121-2129(in Chinese).
[3] MURPHY C H. Influence of moving internal parts on angular motion of spinning projectiles[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 1978, 1(2):117-122.
[4] MURPHY C H. Symmetric missile dynamic instabilities[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 1981, 4(5):464-471.
[5] ROGERS J, COSTELLO M. Flight dynamics and control authority of a projectile equipped with a controllable internal translating mass:AIAA-2007-6492[R]. Reston:AIAA,2007.
[6] ROGERS J, COSTELLO M. A variable stability projectile using an internal moving mass:AIAA-2008-7116[R]. Reston:AIAA, 2008.
[7] ROGERS J, COSTELLO M. Control authority of a projectile equipped with a controllable internal translating mass[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2008, 31(5):1323-1333
[8] GRACEY C, CLIFF E M. Fixed-trim reentry guidance analysis[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 1981, 5(6):558-563.
[9] GAO C S, JING W X, WEI P X. Research on application of single moving mass in the reentry warhead maneuver[J]. Aerospace Science and Technology, 2013, 30(1):108-118.
[10] MENON P K, SWERIDUK G D, OHLMEYER E J, et al. Integrated guidance and control of moving-mass actuated kinetic warheads[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2004, 27(1):118-126.
[11] PETSOPOULOS T, REGAN F J, BARLOW J. Moving-mass roll control system for fixed-trim reentry vehicle[J]. Journal of Spacecraft and Rockets, 1996, 33(1):54-60.
[12] OHLMEYER E J. Root-mean-square miss distance of proportional navigation missile against sinusoidal target[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 1996, 19(3):563-568.
[13] 崔静, 姜玉宪. 拦截导弹动力学特性对摆动式机动策略突防效果的影响[J]. 宇航学报, 2001, 22(5):33-38. CUI J, JIANG Y X. The effect of interceptor's dynamics system order on the penetration efficiency of weaving maneuver strategy[J]. Journal of Astronautics, 2001, 22(5):33-38(in Chinese).
[14] 顾文锦, 赵红超, 王凤莲, 等. 导弹末端机动的一体化控制模型[J]. 宇航学报, 2004, 25(6):677-680. GU W J, ZHAO H C, WANG F L, et al. Integrative control model of missiles' terminal maneuver[J]. Journal of Astronautics, 2004, 25(6):677-680(in Chinese).
[15] 顾文锦, 赵红超, 王凤莲. 反舰导弹末端机动的突防效果研究[J]. 宇航学报, 2005, 26(6):758-761. GU W J, ZHAO H C, WANG F L. Research on the penetration effect of terminal maneuver for anti-ship missiles[J]. Journal of Astronautics, 2005, 26(6):758-761(in Chinese).
[16] 郦苏丹, 任萱, 吴瑞林. 再入弹头的螺旋机动研究[J]. 宇航学报, 2000, 21(4):41-48. LI S D, REN X, WU R L. Research of spiral maneuver of reentrying missile[J]. Journal of Astronautics, 2000, 21(4):41-48(in Chinese).
[17] 秦建飞, 张义广, 李俊峰. 导弹末端机动与导引一体化设计的新机动模型[J]. 宇航学报, 2009, 30(5):1866-1870. QIN J F, ZHANG Y G, LI J F. A new maneuver model for integrated design of missiles' terminal maneuver and guidance[J]. Journal of Astronautics, 2009, 30(5):1866-1870(in Chinese).
[18] 张汝川, 顾文锦, 赵红超. 基于主动螺旋变轨的三维末制导律研究[J]. 兵工学报, 2009, 30(6):720-726. ZHANG R C, GU W J, ZHAO H C. Research on 3D terminal guidance laws based on actively self-homing spiral variable trajectory[J]. Acta Armamentarii, 2009, 30(6):720-726(in Chinese).
[19] 谢愈, 刘鲁华, 汤国建, 等. 高超声速滑翔飞行器摆动式机动突防弹道设计[J]. 航空学报, 2011, 32(12):2174-2181. XIE Y, LIU L H, TANG G J, et al. Weaving maneuver trajectory design for hypersonic glide vehicles[J]. Acta Aeronautica et Aeronautica Sinica, 2011, 32(12):2174-2181(in Chinese).
[20] 宋贵宝, 朱平云, 李红亮. 空舰导弹俯冲弹道螺旋机动制导律研究[J]. 兵工学报, 2014, 35(2):220-227. SONG G B, ZHU P Y, LI H L. Research on the guidance law for spiral maneuver of air-to-ship missile in dive trajectory phase[J]. Acta Armamentarii, 2014, 35(2):220-227(in Chinese).
[21] 王林林, 于剑桥, 王亚飞, 等. 单滑块变质心非对称再入飞行器建模及控制[J]. 系统工程与电子技术, 2015, 37(5):1116-1123. WANG L L, YU J Q, WANG Y F, et al. Single moving-mass asymmetrical reentry vehicle modeling and control[J]. Systems Engineering and Electronics, 2015, 37(5):1116-1123(in Chinese).
[22] 胡剑波, 陈新海. 多回路控制系统的标准系数设计法及其应用研究[J]. 系统工程与电子技术, 2004, 26(12):1852-1863. HU J B, CHEN X H. Standard coefficient design method for multi-loops control system and its application[J]. Systems Engineering and Electronics, 2004, 26(12):1852-1863(in Chinese).
[23] 王亚飞. 再入飞行器动力学特性与控制方法研究[D]. 北京:北京理工大学, 2015:97-98. WANG Y F. Research on dynamics and control methods of a reentry vehicle[D]. Beijing:Beijing Institute of Technology, 2015:97-98(in Chinese).

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[1]	杨博, 于贺, 樊子辰. 微观能量分析气动光学效应时变误差的方法[J]. 航空学报, 2024, 45(4): 128703-128703.
[2]	倪炜霖, 王永海, 徐聪, 赤丰华, 梁海朝. 基于强化学习的高超飞行器协同博弈制导方法[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729400-729400.
[3]	刘哲, 张羲格, 韦常柱, 崔乃刚. 亚轨道飞行器再入轨迹高精度自适应凸规划[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729430-729430.
[4]	马平, 张宁, 石安华, 于哲峰, 梁世昌, 黄洁. 典型微波波段信号在模拟等离子体中的传输特性[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729476-729476.
[5]	陈浩宇, 王彬文, 宋巧治, 李晓东. 热颤振地面模拟试验技术[J]. 航空学报, 2023, 44(8): 227295-227295.
[6]	徐世昊, 关英姿, 浦甲伦, 韦常柱. VTHL运载器再入返回预设时间滑模控制[J]. 航空学报, 2023, 44(7): 326857-326857.
[7]	王梓伊, 张伟伟, 刘磊, 杨肖峰. 适用于复杂流动的热气动弹性降阶建模方法[J]. 航空学报, 2023, 44(4): 126807-126807.
[8]	韩荣, 刘伟, 杨小亮. 高超声速飞行器自适应减阻盘动态减阻机理[J]. 航空学报, 2023, 44(4): 126633-126633.
[9]	王忠森, 廖宇新, 魏才盛, 戴婷. 高超声速飞行器快速终端滑模保性能容错控制[J]. 航空学报, 2023, 44(24): 328476-328476.
[10]	闫循良, 王培臣, 王舒眉, 杨宇轩, 王宽. 基于混沌多项式的RBCC飞行器上升段鲁棒轨迹快速优化[J]. 航空学报, 2023, 44(21): 528349-528349.
[11]	任乐亮, 鲜勇, 李少朋, 雷刚, 伍薇, 李冰. 基于改进二阶优化器并行学习的弹道导弹神经网络落点预测方法[J]. 航空学报, 2023, 44(14): 327964-327964.
[12]	孙志坤, 史志伟, 张伟麟, 李铮, 孙琪杰. 等离子体激励器对高速翼型升阻特性的影响[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 23-39.
[13]	郑辉, 邱雷, 袁慎芳, 杨晓飞, 卢绪龙, 薛兆鹏. C/C热防护结构高温气流损伤导波监测实验方法[J]. 航空学报, 2022, 43(8): 225659-225659.
[14]	刘强, 涂国华, 罗振兵, 陈坚强, 赵瑞, 袁先旭. 延迟高超声速边界层转捩技术研究进展[J]. 航空学报, 2022, 43(7): 25357-025357.
[15]	孙聪. 高超声速飞行器强度技术的现状、挑战与发展趋势[J]. 航空学报, 2022, 43(6): 527590-527590.