弹道修正防空弹药飞行最优控制方法研究

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1、万方数据第30卷第4期南京理工大学学报V01．30No．4兰QQ鱼生墨旦』壁旦!坠璺!壁!堕垒蚵!望g型世!竺!!i鲤堕曼垡竺!堕曼璺望堕!里!：堕坠Q!Qg!垒坠＆兰QQ鱼弹道修正防空弹药飞行最优控制方法研究姚文进，王晓鸣，高旭东，李文彬(南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094)摘要：结合高炮弹药修正的特点，利用最优控制理论基于能量消耗最少的准则推导出弹道特征参数的控制策略。通过仿真得到了在固定起点和固定终点条件下，弹道修正弹最优飞行弹道倾角和速度随时间的变化曲线，以及弹丸变轨需要侧向过载的变化情况。结果表明侧向过载的变化情况符合脉冲力

2、的变化规律，反映出该控制方法在一定程度上可满足弹道修正弹脉冲力的控制要求。关键词：弹道修正弹；弹道优化；最少能量消耗；脉冲力中图分类号：TJ410．6文献标识码：A文章编号：1005—9830(2006)04一0517—04OptimalControlSolutioninAntiaircraftTrajectoryCorrectionProjectileYAOWen—jin，WANGXiao—ming，GA0Xu—dong，LIWen—bin(SchoolofMechanicalEngineering，NUST，Nanjing210094，Chi

3、na)Abstract：BasedontheparticularityoftheantiaircrafttrajectorycoHectionprojectile，acontmlstrategyoncharaeteristicparametersofthetrajectoryisderivedf}omtheguidelineofleastenergycostinthispaper．0ntheconditionoffixedstartingpointand6xedternlinalpoint，thevariationmlesof叩timaltraj

4、ectoryobliqueangle，velocityandlateraloverloadfortrajectorycorrectionareob—tainedf而mthesimulation．ThesimulationresultshowsthatthevariationoflateraloverloadmatchesthemleofpulseVariation，whichproVesthattheproposedsolutionsatisfiestheneedofthepulsetmstfortrajectorycorrectionproje

5、ctile．Keywords：trajectorycorreetionprojectile；trajectoryoptimization；leastenergycost；pulsethlllst弹道修正弹是近年来弹药领域重点发展的方向之一。普通弹药发射后无法对飞行弹道加以控制或修正，但实际战争中常由于目标机动等因素造成飞行弹道偏离目标。这就需要计算弹道偏差并做出修正，从而提高弹丸的命中率，脉冲式弹道修正弹就是根据该原理发展起来的一种新型弹药。由于脉冲修正弹是在传统弹药的基础上改进而成的，只能提供给修正装置及其能源系统很小收稿日期：2005一ll一

6、02修回日期：2006—05—29作者简介：姚文进(1981一)，男，江苏姜堰人，博士生，主要研究方向：灵巧弹药总体技术研究，E—mailyaowj98022137@sina．com。万方数据518南京理工大学学报第30卷第4期的空问，因此要求修正所需的能量应该很少。本文在结合高炮弹药具体特点的基础上，利用最优控制理论中基于能量消耗最小的原则，在起始修正点和终端命中点确定的前提下，推导了弹丸飞行最优轨迹各参数变化规律，得到了修正弹丸所需脉冲力的变化情况。1弹道修正弹可控质点弹道模型弹道修正防空弹药发射后除受制于已知的弹道参数和周围气象条件外，还受

7、到地面的修正指令控制，此时地面探测装置不断地测出目标飞行参数的变化情况，并适时进行预测。弹道解算装置根据机动后的预测未来点解算修正量，发出修正指令，经装载在弹尾的信号接收机把指令传到弹上，驱动修正机构动作，产生推力修正弹道，使其接近机动后的目标预测点。高炮弹药的有效作用射程通常为其弹道上升段，且飞行时间一般在10s以内。假设弹丸始终在射面内飞行，修正过程也仅在射面内进行修正，这样可以得到施加控制的简化质点弹道模型：互=秽cospt="sinp西=一知，2&加(M)一gsin臼(1)痧=上二_(n—cos口)式中：戈、)，为弹丸实时位置坐标，口为弹

8、丸速度，p为弹道倾角，队g、Js分别为空气密度、重力加速度、弹丸的横断面积，c如(M)为阻力系数(随飞行马赫数变化)。n为法向过载，通过