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《末制导炮弹导引头陀螺随动跟踪装置动力学特性的分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、·46·弹箭与制导学报2000年 X末制导炮弹导引头陀螺随动跟踪装置3动力学特性的分析丛明煜,邵成勋(哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨150001)[摘要]依据末制导炮弹导引头陀螺随动跟踪装置的结构及工作原理,利用欧拉直角坐标系及其各坐标系的转换关系,建立末制导炮弹导引头陀螺随动跟踪装置动力学方程,并对陀螺随动跟踪装置所受到的外力矩进行了分析讨论。在小扰动稳态跟踪假设基础上,得到简化的动力学方程,推导出陀螺随动跟踪装置固有运动的稳定性判据及受迫运动的解析解。目的是为末制导炮弹引头的数学仿真及半实物仿真提供理论基础。[关键词]末制导炮
2、弹;导引头;动力学方程;数学仿真;半实物仿真+[中图分类号]TJ413.6[文献标识码]A 末制导炮弹导引头陀螺随动跟踪装置是弹上一次使用的仪表,它应具有结构简单,价格便宜,精度高的特点。为了保证位标器光轴的稳定性和精确地跟踪目标,末制导炮弹采用的是具有内万向支架和外定子的单转子式陀螺随动跟踪装置,其外定子固定在末制导炮弹的壳体上。这样的陀螺随动跟踪装置,就其精度而言应低于采用陀螺稳定平台方式的陀螺随动跟踪精度。但其导引头的陀螺随动跟踪装置轻巧、紧凑,与采用陀螺稳定平台方式的导引头陀螺随动装置相比较,它消耗的能量要少的多。这种随
3、动跟踪装置的导引头所给出的制导信号,同样与目视线的角速度成正比,但其中也有与导引头方位有关的分量。具有内万向支架和外定子的单转子式陀螺随动跟踪装置是一种在转子上装有物镜和光电接收器,并具有修正装置的三自由度无静差陀螺仪。陀螺随动跟踪装置的转子是用永久磁铁做成的,并装有位标器的光学系统。此系统是由一个物镜和一个光电接收器组成。位标器与跟踪电路一起组成一个闭合的跟踪系统,三自由度陀螺完成误差信号的测量和跟踪目标的任务。由此可见,陀螺的运动特性决定了整个跟踪系统的性能和末制导炮弹的导引精度,研究陀螺的动力学特性对于分析跟踪系统的性能是非
4、常有意义的。修正系统为双通道,它包括骨架上(弹体壳体上)的修正线圈和永久磁铁(同时也是陀螺转子的回转质量)。磁铁的磁轴和转子转轴方向垂直,转子自转轴角位置修正是通过转子的X收稿日期:1999211202作者简介:丛明煜,高级工程师,博士研究生。主要从事外弹道理论,射标编拟.飞行器制导控制系统及制导兵器仿真技术的研究工作。获军队科技进步二等奖一次。邵成勋,教授,博士生导师。主要从事飞行器总体,多柔体动力学及结构强度的科研工作。获部级以上科技成果奖五项,出版学术专著一部。©1995-2005TsinghuaTongfangOptica
5、lDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 第1期末制导炮弹导引头陀螺随动跟踪装置动力学特性的分析 丛明煜等·47·磁铁磁场和修正线圈的磁场相互作用来实现的。修正线圈用于修正转子在弹体y平面和z平面的位置,给相应的修正线圈输入脉冲电流,便可在导引头全视场内修正转子轴跟踪目视线的方向。导引头陀螺随动跟踪装置工作过程如下:(1)转子的自旋是在开始末制导时打开弹簧起动器,使导引头陀螺转子加快旋转。这种机构与闹钟弹簧相似,只是在动力释放完之后,弹簧与转子脱离关系。(2)末制导段导引头对目标的跟踪,是靠光学接收系统检测到
6、目标激光光斑偏离光轴时的误差信号来驱动导引头陀螺进动。驱动方式采用磁场驱动。(3)在导引过程中,陀螺进动控制信号为矩形脉冲,其频率与激光照射频率相同,脉冲幅度与光斑偏离量成正比,并受弹丸自旋频率的调制。1 导引头陀螺随动跟踪装置动力学方程的推导在不考虑内万向支架的转动惯量和其各轴的摩擦力矩的情况下,可以推导出末制导炮弹导引头陀螺随动跟踪装置的具有足够精度的动力学方程。[1,2]1.1 坐标系的建立设OXtYtZt为固定在万向支架中心的弹体坐标系。当位标器陀螺被锁定时,内环、外环处于正交状态,此时令OYt与陀螺外环轴重合,OZt与陀
7、螺内环轴重合,OXt则与弹体纵轴重合,它也与陀螺转子轴重合,OXtYtZt符合右手坐标原则,弹体的绝对角速度在OXtYtZt的投影为Xt.x、Xt.y、Xt.z。陀螺随动跟踪装置的坐标系OXsYsZs相对OXtYtZt的位置由表征ttt导引头光轴方位的角Wry和Wrz来确定。目标坐标系OXmYmZm的方位角由W+y和W+z来确定。装在陀螺随动跟踪装置转子上的位标器测量目视线与光轴线之间的失调角,并给出在两个相互垂直平面内失调角A1和A2的信号。目视线的绝对角速度,用在空间相互垂直轴上的投[1][2]影X+y和X+z来表示。各坐标系
8、的空间变换关系满足右手坐标系旋转变换原则。图1 各坐标系的变换关系1.2 动力学方程的推导光轴线绝对角速度在OXsYsZs上投影为©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreser
