直接侧向力技术的应用研究
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摘要
本文主要研究了直接侧向力技术在大气层外动能拦截器和大气层内防空导弹中的应用。研究的内容及成果主要表现在以下几个方面：
(一)直接侧向力在大气层外动能拦截器中的应用
首先确定了动能拦截器的总体方案，分别建立目标运动和动能拦截器运动的数学模型，以及轨控和姿控发动机的推力模型。根据导引律的实现方法和导引头的工作要求，设计了轨控和姿控发动机的控制规律。在此基础上对动能拦截器的拦截过程进行仿真，验证了动能拦截器对弹道导弹的直接命中能力。
(二)直接侧向力在大气层内防空导弹中的应用
1、针对防空导弹末端飞行失控问题，提出了建立末端直接侧向力控制的新思路。对直接侧向力最佳作用位置、最佳作用方式、最佳应用范围进行了分析。同时对防空导弹直接侧向力应用范例——美国的ERINT-1导弹侧向力特性进行了分析比较。
2、从半主动导引头副瓣波束影响、导引头最大跟踪角速度限制以及导弹响应延迟特性三个方面，分析了造成防空导弹末端失控的主要原因。并利用导引头失效前的状态建立了末端控制信号。
3、根据大量参考文献和试验数据，分析了侧向喷流的干扰特性，并给出不同状况下干扰因子K_(cn)的变化曲线，在上述工作的基础上，建立了带有姿控侧向力装置的防空导弹模型和弹道计算模型。
4、论文最后根据前面建立的数学模型，对防空导弹垂直转弯段、比例导引段以及末端直接力控制段进行了仿真计算，结果表明进行末端直接侧向力控制可以有效减小拦截目标时的脱靶量，提高命中精度。
The main works of this thesis are research of the direct lateral force's application, on the exoatmosphere kinetic-kill vehicle and on the inner-atmosphere airdefence missile. The main works and achievements are described:
(1) The application of direct lateral force on the exoatmosphere kinetic-kill vehicle.
At first, the collectivity project of the exoatmosphere kinetic-kill vehicle is specified, the motive model of the exoatmosphere kinetic-kill vehicle and target are constructed, and the thrust performance of trajectory-control engine and attitude-control engine are presented. According to the method of implementing the guidance law and the need of seeker, the control laws of trajectory and attitude control are designed. The terminal guidance procedure is simulated, and the results validated the capability of the exoatmosphere kinetic-kill vehicle to hit the target directly.
(2) The application of direct lateral force on the inner-atmosphere airdefence missile.
a. Aimed to solve problem of airdefence missile end control invalidation, a new idea of building direct lateral force control in terminal trajectory is presented, and the optimal action position, mode and range are analyzed. At the same time, the example of applying the direct lateral force-ERINT-1 (America)- is analyzed and compared.
b. From analyzing the side, lobe, the angular velocity of sight line of autoloading seeker, and the response delay of missile, the main reasons of airdefence missile end control invalidation are made sure. According to the state of seeker before it work failed, the signal of end controlling is built.
c. Based on a lot of referenced documents and tunnel experiment data, the phenomenon of lateral jet interception are analyzed, and the diagrams of the interaction factor 'Kcn' is presented. Following, the airdefence Missile model, trajectory model including attitude-control direct lateral force are constructed.
d. In the end of this thesis, on the basis of the mathematical model, three segments of trajectory: the vertical turn, the PN guidance and the direct lateral force control in terminal trajectory are simulated. The results show that with the direct lateral force control reduces in terminal trajectory, the miss-distance is reduced and the precision is improved.
(一)直接侧向力在大气层外动能拦截器中的应用
首先确定了动能拦截器的总体方案，分别建立目标运动和动能拦截器运动的数学模型，以及轨控和姿控发动机的推力模型。根据导引律的实现方法和导引头的工作要求，设计了轨控和姿控发动机的控制规律。在此基础上对动能拦截器的拦截过程进行仿真，验证了动能拦截器对弹道导弹的直接命中能力。
(二)直接侧向力在大气层内防空导弹中的应用
1、针对防空导弹末端飞行失控问题，提出了建立末端直接侧向力控制的新思路。对直接侧向力最佳作用位置、最佳作用方式、最佳应用范围进行了分析。同时对防空导弹直接侧向力应用范例——美国的ERINT-1导弹侧向力特性进行了分析比较。
2、从半主动导引头副瓣波束影响、导引头最大跟踪角速度限制以及导弹响应延迟特性三个方面，分析了造成防空导弹末端失控的主要原因。并利用导引头失效前的状态建立了末端控制信号。
3、根据大量参考文献和试验数据，分析了侧向喷流的干扰特性，并给出不同状况下干扰因子K_(cn)的变化曲线，在上述工作的基础上，建立了带有姿控侧向力装置的防空导弹模型和弹道计算模型。
4、论文最后根据前面建立的数学模型，对防空导弹垂直转弯段、比例导引段以及末端直接力控制段进行了仿真计算，结果表明进行末端直接侧向力控制可以有效减小拦截目标时的脱靶量，提高命中精度。
The main works of this thesis are research of the direct lateral force's application, on the exoatmosphere kinetic-kill vehicle and on the inner-atmosphere airdefence missile. The main works and achievements are described:
(1) The application of direct lateral force on the exoatmosphere kinetic-kill vehicle.
At first, the collectivity project of the exoatmosphere kinetic-kill vehicle is specified, the motive model of the exoatmosphere kinetic-kill vehicle and target are constructed, and the thrust performance of trajectory-control engine and attitude-control engine are presented. According to the method of implementing the guidance law and the need of seeker, the control laws of trajectory and attitude control are designed. The terminal guidance procedure is simulated, and the results validated the capability of the exoatmosphere kinetic-kill vehicle to hit the target directly.
(2) The application of direct lateral force on the inner-atmosphere airdefence missile.
a. Aimed to solve problem of airdefence missile end control invalidation, a new idea of building direct lateral force control in terminal trajectory is presented, and the optimal action position, mode and range are analyzed. At the same time, the example of applying the direct lateral force-ERINT-1 (America)- is analyzed and compared.
b. From analyzing the side, lobe, the angular velocity of sight line of autoloading seeker, and the response delay of missile, the main reasons of airdefence missile end control invalidation are made sure. According to the state of seeker before it work failed, the signal of end controlling is built.
c. Based on a lot of referenced documents and tunnel experiment data, the phenomenon of lateral jet interception are analyzed, and the diagrams of the interaction factor 'Kcn' is presented. Following, the airdefence Missile model, trajectory model including attitude-control direct lateral force are constructed.
d. In the end of this thesis, on the basis of the mathematical model, three segments of trajectory: the vertical turn, the PN guidance and the direct lateral force control in terminal trajectory are simulated. The results show that with the direct lateral force control reduces in terminal trajectory, the miss-distance is reduced and the precision is improved.
引文
【1】 徐品高，新一代防空导弹提高制导控制精度的需求与技术途径，战术导弹技术，2002．5
【2】 郭放，美国几种典型的动能拦截器，现代军事，2002．2
【3】 温德义、胡劲松，美国新概念动能拦截器技术，现代军事，2003．6
【4】 陈德源、刘庆鸿，直接碰撞动能拦截器技术的发展与应用，现代防御技术，1997．5
【5】 张志鸿，俄罗斯S-400防空导弹系统，现代防御技术，2000．2
【6】 RICHARDSON D.UK system house display 'droop snoot' missile concept[J], Jane's Missile&Rockets, 2002, 0521371
【7】 SPECIAL REPORTS, US Army proposes 'droop, snoot' missile guidance, Jane's Missile&Rockets, 2003.5
【8】 列别捷夫著，张炳煊等译，无人驾驶飞行器的飞行动力学，国防工业出版社，1964．9
【9】 周荻，寻的导弹新型导引规律，国防工业出版社，2002．10
【10】 陈凤舟，拦截战术弹道导弹末段导引和复合控制研究，博士论文，西北工业大学，2002．12
【11】 王维，虞荣林，反SDI空间平台拦截器，内部资料
【12】 张雅声、陈国采等，高空动能拦截器末制导导引方法设计与实现，现代防御技术，2001．4
【13】 战略研发情报组，“爱国者”导弹系统，二院二部
【14】 情报翻译组译，罗纳德·赫曼、约瑟夫·巴特勒，增程拦截弹(ERINT-1)的子系统，内部资料
【15】 郝波、周长昱，偏转弹头控制总体技术研究，八院第六界青年科技论文专辑，2003．11
【16】 刘隆和，多模复合寻的制导技术，国防工业出版社，1998．4
【17】 郭修煌，精确制导技术，国防工业出版社，1999
【18】 丁鹭飞、耿富录，雷达原理，西安电子科技大学出版社，2002．3
【19】 林炳秋，侧向喷流气动干扰研究，北京空气动力研究所，1998．10
【20】 林炳秋、高听欣，战术导弹侧向喷流气动干扰分析，航天工业总公司701所，1997．12
【21】 高听欣、黄培译，以色列 海法31021国防部RAFAEL公司Julius Brandies和Jacob Gill，超音速和高超音速导弹侧向喷流试验研究，内部资料
【22】 郭长栋、沈洁等，寻的防空导弹总体设计，宇航出版社，1991．11
【23】 白文林、温炳恒，有翼导弹总体设计原理，西北工业大学出版社，1991
【24】 吕学富，飞行器飞行力学，西北工业大学出版社，1995．6
【25】 于本水、杨存富等，防空导弹总体设计，宇航出版社，1995．11
【26】 侯世明，导弹总体设计与试验，宇航出版社，1996
【27】 袁兆鼎，防空导弹设计中的数值方法，宇航出版社，1991
【28】 钱杏芳、林瑞雄、赵亚男编著，导弹飞行力学，北京理工大学出版社，2000．8
【29】 陈军、陈克俊，防空导弹垂直发射转弯程序设计，现代防御技术，1998．7
【30】 孙红梅，全程控制地地导弹总体方案设计，硕士论文，西北工业大学，2002．2
【31】 谭浩强，C程序设计，清华大学出版社，1995
【32】 徐士良，C常用算法程序集，清华大学出版社，1993
【33】 尹泽明、丁春利等，精通MATLAB6，清华大学出版社 2002．6
【34】 薛定宇，陈阳泉，基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用，清华大学出版社，2002．4
【35】 王沬然，Simulink 4建模及动态仿真，电子工业出版社，2002．1
【2】 郭放，美国几种典型的动能拦截器，现代军事，2002．2
【3】 温德义、胡劲松，美国新概念动能拦截器技术，现代军事，2003．6
【4】 陈德源、刘庆鸿，直接碰撞动能拦截器技术的发展与应用，现代防御技术，1997．5
【5】 张志鸿，俄罗斯S-400防空导弹系统，现代防御技术，2000．2
【6】 RICHARDSON D.UK system house display 'droop snoot' missile concept[J], Jane's Missile&Rockets, 2002, 0521371
【7】 SPECIAL REPORTS, US Army proposes 'droop, snoot' missile guidance, Jane's Missile&Rockets, 2003.5
【8】 列别捷夫著，张炳煊等译，无人驾驶飞行器的飞行动力学，国防工业出版社，1964．9
【9】 周荻，寻的导弹新型导引规律，国防工业出版社，2002．10
【10】 陈凤舟，拦截战术弹道导弹末段导引和复合控制研究，博士论文，西北工业大学，2002．12
【11】 王维，虞荣林，反SDI空间平台拦截器，内部资料
【12】 张雅声、陈国采等，高空动能拦截器末制导导引方法设计与实现，现代防御技术，2001．4
【13】 战略研发情报组，“爱国者”导弹系统，二院二部
【14】 情报翻译组译，罗纳德·赫曼、约瑟夫·巴特勒，增程拦截弹(ERINT-1)的子系统，内部资料
【15】 郝波、周长昱，偏转弹头控制总体技术研究，八院第六界青年科技论文专辑，2003．11
【16】 刘隆和，多模复合寻的制导技术，国防工业出版社，1998．4
【17】 郭修煌，精确制导技术，国防工业出版社，1999
【18】 丁鹭飞、耿富录，雷达原理，西安电子科技大学出版社，2002．3
【19】 林炳秋，侧向喷流气动干扰研究，北京空气动力研究所，1998．10
【20】 林炳秋、高听欣，战术导弹侧向喷流气动干扰分析，航天工业总公司701所，1997．12
【21】 高听欣、黄培译，以色列 海法31021国防部RAFAEL公司Julius Brandies和Jacob Gill，超音速和高超音速导弹侧向喷流试验研究，内部资料
【22】 郭长栋、沈洁等，寻的防空导弹总体设计，宇航出版社，1991．11
【23】 白文林、温炳恒，有翼导弹总体设计原理，西北工业大学出版社，1991
【24】 吕学富，飞行器飞行力学，西北工业大学出版社，1995．6
【25】 于本水、杨存富等，防空导弹总体设计，宇航出版社，1995．11
【26】 侯世明，导弹总体设计与试验，宇航出版社，1996
【27】 袁兆鼎，防空导弹设计中的数值方法，宇航出版社，1991
【28】 钱杏芳、林瑞雄、赵亚男编著，导弹飞行力学，北京理工大学出版社，2000．8
【29】 陈军、陈克俊，防空导弹垂直发射转弯程序设计，现代防御技术，1998．7
【30】 孙红梅，全程控制地地导弹总体方案设计，硕士论文，西北工业大学，2002．2
【31】 谭浩强，C程序设计，清华大学出版社，1995
【32】 徐士良，C常用算法程序集，清华大学出版社，1993
【33】 尹泽明、丁春利等，精通MATLAB6，清华大学出版社 2002．6
【34】 薛定宇，陈阳泉，基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用，清华大学出版社，2002．4
【35】 王沬然，Simulink 4建模及动态仿真，电子工业出版社，2002．1