氣動(dòng)陀螺舵的穩(wěn)定原理及退役陀螺的利用

　氣動(dòng)陀螺舵的穩(wěn)定原理及退役陀螺的利用薛曉中0糜志浩1魏靖彪電立新1沈堅(jiān)平潘永平，南京理工大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院，南京210094航空彈藥勤務(wù)研宄所，南京210037舵的平衡轉(zhuǎn)速達(dá)式，為解決某型導(dǎo)彈退役時(shí)其零部件的再利用問(wèn)提出了改進(jìn)的措施。

　　據(jù)國(guó)家有關(guān)部門(mén)指精神，父型導(dǎo)彈己到使用壽命，即將從部隊(duì)退役，但該型導(dǎo)彈的計(jì)多零部件材質(zhì)優(yōu)加工精度高使用性能好，仍可以應(yīng)用在同類(lèi)或其它武器裝備上，是個(gè)寶貴的資源財(cái)富。退役裝備零部件的再利用問(wèn)應(yīng)引起領(lǐng)導(dǎo)部門(mén)和武器設(shè)計(jì)部門(mén)的重視。

　　型導(dǎo)彈采用俯仰和偏航兩個(gè)通道的控制，而在橫滾回路上利用安裝在翼稍后緣處就該氣動(dòng)陀螺和它的孫特性質(zhì)，試閣應(yīng)用于某武器的制導(dǎo)系統(tǒng)。

　　1氣動(dòng)陀螺舵的穩(wěn)定原理型導(dǎo)彈只有對(duì)舵面，每對(duì)舵面只能同方向偏轉(zhuǎn)，而不能差動(dòng)。這對(duì)舵面可操縱導(dǎo)彈作俯仰與偏航運(yùn)動(dòng)，但不能控制導(dǎo)彈的滾轉(zhuǎn)。當(dāng)導(dǎo)彈在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于受彈體制造和配的誤差產(chǎn)生的氣動(dòng)外形不對(duì)稱，或者受外界千擾等原因，使導(dǎo)彈發(fā)生橫滾運(yùn)動(dòng)。這種橫滾運(yùn)動(dòng)有可能干擾俯仰和偏航的控制。因此，必須控制導(dǎo)彈橫滾角速度的大小。在設(shè)計(jì)時(shí)，在導(dǎo)彈彈翼的翼稍后緣安裝了個(gè)氣動(dòng)陀螺舵。

　　導(dǎo)彈在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣動(dòng)陀螺舵受迎面氣流的吹動(dòng)而作速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速，可高達(dá)3 44，1.1得彈不發(fā)生滾轉(zhuǎn)，氣動(dòng)陀螺舵是尾翼的部分，舵面4沾面平行。當(dāng)導(dǎo)彈受擾動(dòng)后發(fā)生滾轉(zhuǎn)時(shí)。根據(jù)陀螺的進(jìn)動(dòng)性。陀螺的轉(zhuǎn)軸在陀螺力矩財(cái)，的作用下向滾轉(zhuǎn)角速度7方向進(jìn)動(dòng)。迫使氣動(dòng)陀螺舵面圍繞航軸偏轉(zhuǎn)，并與尾翼面成角。舵面偏轉(zhuǎn)后方面形成了陀螺阻尼力矩，另方面也產(chǎn)生了氣動(dòng)鉸鏈力矩財(cái)當(dāng)陀螺力矩從與氣動(dòng)鉸鏈力矩柯平衡時(shí)它面偏轉(zhuǎn)角達(dá)到穩(wěn)態(tài)值由可以看出它螺舵產(chǎn)生的陀螺阻尼力矩方向與導(dǎo)彈的滾轉(zhuǎn)角速度7的方向相反。所以是阻尼導(dǎo)彈橫滾的阻尼力矩，在橫滾回路中起穩(wěn)定作用。

　　設(shè)父父型導(dǎo)彈氣動(dòng)陀螺舵的極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為。，則其陀螺力矩的達(dá)式為其方向超前矢積，y790，設(shè)氣動(dòng)陀螺舵的壓心至舵軸的距離為6，則當(dāng)陀螺力矩私與鉸鏈力矩場(chǎng)平衡時(shí)，單個(gè)氣動(dòng)陀螺舵的升力廣有如下4片氣動(dòng)陀螺舵的升力對(duì)彈軸取矩，便得到陀螺阻尼力矩此陀螺阻尼力矩似有如下近似達(dá)式當(dāng)氣動(dòng)陀螺舵自轉(zhuǎn)并同時(shí)擺動(dòng)，由于陀螺面附近流場(chǎng)的變化，而產(chǎn)生了馬格努斯力和力矩。4格努斷達(dá)式為其中，為陀螺的直徑，兄為陀螺舵的面積。馬格努斯力矩方向與舵轉(zhuǎn)軸垂直。

　　4片氣動(dòng)陀螺舵的馬格努斯力矩對(duì)彈軸的力矩為陀螺馬格努斯阻尼力矩財(cái)，陀螺馬格努斯阻尼力矩於有如下近似達(dá)式，2導(dǎo)彈橫滾運(yùn)動(dòng)的特性在氣動(dòng)陀螺舵阻尼的情況下，導(dǎo)彈橫滾運(yùn)動(dòng)方程為因?yàn)殒D。遠(yuǎn)小。，和，所以方程可簡(jiǎn)化為則導(dǎo)彈橫滾運(yùn)動(dòng)方程有如簡(jiǎn)化形式。

　　解之，可得7=沖，5，桕。般情況下。，以則式變?yōu)橛缮鲜娇稍跉鈩?dòng)陀螺舵的作用下，導(dǎo)彈受干擾后的橫滾轉(zhuǎn)速迅速衰減。衰減速度取決量和全展長(zhǎng)1成正比，與導(dǎo)彈的極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成反比。轉(zhuǎn)速，愈高，衰減得愈快；陀螺航由上面的分析知，氣動(dòng)陀螺舵的轉(zhuǎn)速，對(duì)導(dǎo)彈橫滾轉(zhuǎn)速的衰減起到至關(guān)重要的作用。

　　那么，如何提1與哪姻素打4此我們從建立氣動(dòng)陀螺舶的轉(zhuǎn)，7程尹來(lái)討論其，的性質(zhì)。

　　氣動(dòng)陀螺舵的轉(zhuǎn)速方程般可為，從州=57抓012=，1.出而。1.1稱為氣動(dòng)導(dǎo)轉(zhuǎn)力矩系數(shù)1為陀螺舵的極阻尼力矩系數(shù)，求解方程，可得若設(shè)5=0時(shí)，=00，則積分常數(shù)，為，=0女。=將其代入12隨著時(shí)間和彈道弧長(zhǎng)的，加，氣動(dòng)陀螺航將到達(dá)平衡轉(zhuǎn)速該平衡轉(zhuǎn)速取決于導(dǎo)彈螺舵的轉(zhuǎn)速也將限制在定的范圍內(nèi)，不能無(wú)限地增大。導(dǎo)彈的飛行速度愈大，氣動(dòng)陀螺舵3報(bào)廢資源的再利用型導(dǎo)彈己從部隊(duì)退咫存在大，1資源的報(bào)廢問(wèn)。山控制舵紀(jì)調(diào)和舵面氣動(dòng)陀螺舵等部件都設(shè)計(jì)得重量輕體積小性能優(yōu)良。如果將這些報(bào)廢資源再利用，則將是節(jié)省材料，節(jié)省資金的好事。

　　設(shè)想將該型導(dǎo)彈的舵機(jī)尾翼和氣動(dòng)陀螺舵應(yīng)用在某武器的改造上。則可每枚彈的改造成木節(jié)約近力兒。對(duì)于大批的武器改造來(lái)說(shuō)，己筆小數(shù)目了。似某武器的極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)大。其極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是型導(dǎo)彈的倍左右。由衰減因子可以看出，在氣動(dòng)陀螺蛇的諸結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性不變時(shí)，也將縮小倍左右。這將大大地削弱了該型武器的橫滾穩(wěn)定性。

　　為了不影響某武器改造后的橫滾穩(wěn)定性，本文提出了項(xiàng)改進(jìn)的措施其是將氣動(dòng)陀螺航的材料由原來(lái)的錯(cuò)合金改為合金鋼；其是，加氣動(dòng)陀螺舵的展長(zhǎng)，1.1給出經(jīng)這武器質(zhì)量彈徑dni彈長(zhǎng)陀螺展長(zhǎng)陀螺比重ykgDm衰減因子※※導(dǎo)彈※※改造武器由1可以看出，經(jīng)改造后的衰減因子與原型導(dǎo)彈接近，預(yù)計(jì)該改造武器也會(huì)有較好的橫滾穩(wěn)定性。