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飞行动力学与控制课程总结 姓名： 学号： 时间： 2015/6/30 飞行动力学是一门综合多学科知识，飞行器总体设计和控制设计过程中必不可少的知识基础。飞行动力学中弹道学部分建立了导弹飞行的六自由度数学模型和弹目相对运动方程即制导律，为总体设计中制导和控制部分提供了数学模型和导引方法。动态分析部分则深入研究导弹在飞行过程中的动态特性，根据这些特性，导弹设计过程中可以合理安排气动布局，结构以及控制律的参数，分析导弹的稳定性、操纵性和机动性能。 导弹总体设计看中导弹的性能，包括飞行性能（射程、速度、高度、机动性）、制导精度、突防能力、可靠性、成本等等，下面我就飞行力学和动态分析在部位安排、气动布局、制导控制部分的应用作简要的分析。 一、 气动外形和结构布局影响 1. 导弹的稳定性 首先考虑导弹的稳定性，在导弹运动过程中，受到外力扰动是指偏离原来的飞行状态。干扰消失的最初状态，若导弹具有恢复到原来飞行状态的趋势，称为具有静稳定性；干扰消失后导弹运动恢复到原来状态，则具有动稳定性。导弹的静稳定性对导弹部位安排与气动布局有指导作用。首先纵向静稳定性指标为 （1） 若使导弹具有纵向静稳定性，焦点必须在重心的后面，改变方案有两种： 改变导弹气动布局，从而改变焦点的位置，如改变弹翼的外形、面积以及相对弹身的安装位置，改变尾翼面积，添置小前翼等。 改变导弹内部器件的部位安排，以调整重心的位置。 考虑到导弹横向静稳定性，横向静稳定性条件为，弹翼（弹翼后掠角和上反角）和垂直尾翼对其影响最大。 弹翼后掠角： 当受到干扰使导弹有一个正的侧滑角，在左侧弹翼实际后掠角变为，垂直于弹翼前缘的速度减小，升力减小；右侧变为，垂直于弹翼前缘的速度增加，升力增加；这样就产生了负的滚转力矩，即。（气动布局的设计，尤其是弹翼翼型的选取） 上反角： 当受干扰使导弹有一个正的侧滑角，当弹翼有个正上反角时，右侧弹翼有个正的攻角增量，相应的右翼上升力增加，相反左侧弹翼有个负的攻角增量，左侧升力减小。这样就产生负的滚转力矩，即，说明正上反角增加横向静稳定性。 静稳定性是总体设计中很关心的一个问题，对导弹的气动布局、外形设计、部位安排及导弹的控制系统都有很大的影响。 动稳定性也受气动布局和结构安排的影响，根据导弹短周期扰动简化特征方程 （2） 若使上式有两个负实部特征根，相应的稳定性条件就为 （3） 其中为纵向气动阻尼，表示飞行器的静稳定性，单位攻角引起的弹道切线转动角速度。 上式表明，导弹即使是静不稳定的，如果动力参数选择合理的话，导弹也可能是动态稳定的。这就有了现在提出的放宽静稳定性的概念。如果导弹上装有性能优良可靠的自动飞行控制系统, 那么只要导弹+飞控系统闭环系统具有良好的稳定性就可以了，这时对于导弹本身的静稳定性要求可以适当放宽甚至可以允许导弹弹体为静不稳定的。现代战争对战术导弹的性能提出了非常高的要求放宽静稳定性设计技术能够较大幅度地提高导弹机动性、飞行速度、飞行斜距、减少结构重量和翼展尺寸是随控布局设计中的重要组成部分。 2. 机动性 气动布局对机动性有很大影响，可以提高导弹的可用过载。过载在速度坐标系下的投影为 （4） 可以看出，增加弹翼面积、增大导弹的可用攻角都是提高导弹机动性的方式。然而考虑到结构和质量的原因，增大弹翼面积并不可取。在增加可用攻角方面，当攻角增加到一定值时，的值就会变成正值，纵向静稳定性完全消失，所以选择可用攻角要考虑纵向静稳定性的限制。 二、对导引系统的影响 导引就是测量相对理论弹道或目标机动的偏差，按照预定的导引律，由导引计算机生成控制指令。研究导弹制导过程中，需要建立导弹运动学弹道方程、动力学弹道、理想弹道和理论弹道的数学模型。利用这些弹道数据评估制导系统的优劣。制导律和相应参数的选取，需要考虑其制导精度和制导系统复杂程度。导弹制导规律即导引律的选择对导弹能否精确打击目标至关重要。 在传统的制导律设计中，双通道解耦方法是一种有效方法,即以导弹-目标视线为基准解耦成俯仰、转弯两个通道, 制导律的设计分别在两个通道上进行,三维制导问题转化为两个二维制导问题。双通道解耦方法因其设计思想简单和工程可实现性强被广泛地采纳。 对于传统的STT导弹, 由于其滚动通道稳定且滚转角速率近似为零, 其俯仰通道和转弯通道可以线性解耦, 因而在双通道解耦方式下具有较高的制导精度。但是对于BTT导弹, 弹体会绕弹轴高速旋转, 这使得滚动为零的假设不再成立, 两个通道之间存在耦合关系, 这将给基于双通道解耦的制导律设计带来困难。对于BTT导弹三个通道的解耦可以作为研究的方向。 制导律的设计一般是基于弹目相对运动方