固定翼双旋弹动力学分岔特性分析

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1、航空学报ActaAerOnautiCaetAslrOnauticaSinicaDec．252015Vol36No．123798．3808ISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxbbuaaedu．cahkxb@buaa．edu．crl固定翼双旋弹动力学分岔特性分析许诺，于剑桥*，王亚飞北京理工大学宇航学院，北京100081摘要：针对一种滚转稳定的固定翼双旋弹，对其非线性动力学进行了分岔特性分析，并在此基础上研究了各系统参数对其动力学分岔特性的影响。根据固定翼双旋弹非对称的特点，通过数值计算方法研究其

2、飞行过程中平衡点随同向鸭翼安装角的变化规律，通过系统的分岔图得知系统具有三组稳定平衡点，其中只有一组平衡点为理想可行的稳定平衡点，因此需限定同向鸭翼安装角的范围以使固定翼双旋弹保持稳定飞行。在此基础上针对固定翼双旋弹弹道修正组件周期旋转和转角固定两种工作模式，通过各系统参数下的系统分岔图总结了固定翼双旋弹结构及气动力参数对其动力学系统分岔特性的影响。仿真结果表明，固定翼双旋弹的各气动力参数及飞行速度均对系统的分岔特性具有较大影响，应合理选定这些系统参数以使其具有良好的气动特性。关键词：固定翼；双旋弹；非线性动力学；分岔特性；

3、平衡点中图分类号：V412．4；TJ760．12文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)12—3798—11双旋弹作为弹道修正弹的一种，由前部弹道修正组件和后部弹体两部分组成，这两部分是采用滚动轴承连接的。在飞行过程中，前后两部分可分别以不同的转速绕弹体纵轴旋转，故称之为“双旋弹”[1]。目前国内外对双旋弹的研究较多，针对鸭式布局双旋弹鸭舵可偏转的特点，进行了飞行动力学系统建模[2-5

4、、系统稳定性分析[6蜘和制导与控制系统设计[91妇等研究，而对固定翼双旋弹的研究则相对较少，仅限于对固定翼双旋弹线性动力学系统

5、气动特性的研究与分析[12。13

6、，缺少对其非线性动力学系统的研究，本文应用分岔理论对固定翼双旋弹的非线性动力学系统进行分析。分岔理论是非线性动力学的重要组成部分，它形成于20世纪70年代[1“，在航空航天领域多应用在对飞机动力学系统的分析口争171和对尾翼弹非线性运动的分析[18。19]。本文在前人对固定翼双旋弹非线性动力学建模的基础上，针对固定翼双旋弹结构、气动不对称的特点，将分岔理论应用于其非线性模型中，通过系统的分岔图分析了系统平衡点的分布及稳定性，并研究了各结构、气动参数对固定翼双旋弹非线性动力学特性的影响。1动力

7、学建模相比于鸭式布局双旋弹，固定翼双旋弹的控制执行机构更加简单，其采用隔离式具有固定偏转角的鸭翼对弹道进行纵向和横向修正。固定翼双旋弹的全弹结构图如图l所示，四片鸭翼分布在弹体前部的弹道修正组件上，其中一对具有固收稿日期：2015—02—03；退修日期：2015-03—26；录用日期：2015—04-01：网络出版时间：2015—07—1513：51网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929．V201507151351002html基金项目：国家自然科学基金(61350010)*通讯作者Tel：

8、010-68912407E-mail：jianqiao@biteducR引用格式}XuN，YuJ0，WangYFDynamicbifurcationcharacteristicsanalys詹onfixed-canarddual-spinprojectiles!J]ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015，36(12)：3798—3808．许诺，f蓟桥，王亚飞固定翼双旋弹动力学分岔特性分析￡J]航空学报。2015，36(12)：3798—3808许诺等：固定翼双旋弹动力学分岔特性分析定

9、的反向偏转角，另一对具有固定的同向偏转角dw，弹道修正组件结构图如图2所示，定义弹道修正组件位于图2所示位置时的滚转角为零，即7w—o。。弹道修正组件与弹体之间通过轴承隔离开。图1同定翼双旋弹结构示意图Fig．1Structuresketchofthefixedcanarddual—spinprojectile围图2弹道修正组件结构示意图Fig．2Structuresketchofthetrajectorycorrectioncomponent固定翼双旋弹的作战模式为：在双旋弹发射前根据探测到的目标信息预先装定标称弹道信息，

10、弹丸发射后具有固定反向偏转角的鸭翼使整个弹道修正组件减旋，而炮弹主体仍高速旋转，从而通过陀螺效应保证弹体的动态稳定性；同时将探测到的实际弹道与预先装定的标称弹道进行比较，结合更新的目标信息计算出弹道偏差；并根据偏差的大小将弹道修正组件制动，使具有同向偏转角的鸭翼方向与所需控制力或力矩的方向