导弹引论-第二章2.8

飞行器概论

西北工业大学航天学院第二章飞行原理§2.8导弹的控制飞行学习目的：

1）了解导弹控制飞行的原理；

2）认识导弹产生和改变控制力的方法；

3）初步认识导弹的机动性、过载、稳定性、操纵性等概念。

§2.8导弹的控制飞行

1.什么是控制飞行？

为了完成飞行任务而改变导弹飞行速度的大小和方向，这种飞行称为控制飞行。

2.实现控制飞行的本质

1）飞行中导弹所受到的力

发动机推力P：大小、方向可以改变；空气动力R：大小、方向可以改变；重力G：大小、方向均不可改变。§2.8导弹的控制飞行

2.实现控制飞行的本质

所以，只能通过改变发动机推力与空气动力的合力

N＝R＋P来实现控制飞行。也可将合力表示为

N＝Nt＋Nn

其中，切向分量Nt能改变速度的大小，称为切向控制力；法向分量Nn能改变速度的方向，称为法向控制力。

2）飞行速度的控制

要改变飞行速度的大小，必须改变切向力的大小，由导弹第1个运动方程

因此要改变飞行速度的大小，就是要改变推力或空气阻力的大小。方法有：

调节进入发动机燃烧室的燃料量（加大或减小油门）；开动或关闭导弹上另外几个辅助发动机使推力增大或减小；在超音速飞机上利用刹车板刹车，用降落伞实施降落都是增大阻力的办法。3）实现飞行方向控制的方法

前面已经讲过，有翼导弹外形的特点是有弹翼和尾翼（舵面），而弹道导弹只有稳定尾翼，有的根本就没有翼。那么它们在大气层中是怎样实现控制飞行的呢？

有翼导弹：在大气层内飞行，主要靠空气动力产生控制力；为了实现导弹相对质心的运动，必须对导弹施加适当的相对质心的矩，这种力矩称为操纵力矩。用来产生操纵力矩的元件称为操纵元件。3）实现飞行方向控制的方法

无翼导弹：大部分时间在稀薄的大气层或大气层外飞行，导弹上产生的空气动力很小，主要靠发动机推力产生控制力。

3.产生和改变控制力的方法

1）利用空气动力产生和改变控制力

轴对称导弹

在纵向平面内：

控制力愈大，弹道倾角变化率愈大。操纵过程：升降舵偏角舵升力俯仰力矩

姿态变化形成攻角产生升力弹道爬升；

3.产生和改变控制力的方法

1）利用空气动力产生和改变控制力

轴对称导弹

3.产生和改变控制力的方法

1）利用空气动力产生和改变控制力

轴对称导弹

在侧向平面内：

操纵过程：方向舵偏角舵升力

偏航力矩

姿态变化形成侧滑角产生侧力

水平面内转弯。

轴对称导弹在任意平面内产生控制力如右图示。

“X”型舵面：两对舵面同时偏转起升降舵和方向舵的作用，如下图示。

面对称导弹

在纵向对称平面内：与轴对称导弹产生控制力的情况相同。在水平面内：机动飞行时，必须使导弹绕本身的纵轴滚动产生一个倾斜角。侧向控制力：

升力的垂直分量用来平衡重力:要保证升力的垂直分量与导弹的重力相平衡，应适当地增大攻角。

面对称导弹

在水平面内：操纵过程：副翼舵偏角副翼升力滚转力矩姿态变化

形成滚转角产生侧力水平面内转弯同时：升降舵偏角舵升力俯仰力矩姿态变化形成攻角产生升力弹道爬升2）利用发动机推力产生和改变控制力

l轴向推力产生的控制影响

发动机的推力一般沿着导弹的轴向，因此推力在垂直速度方向有一分量：2）利用发动机推力产生和改变控制力

l弯管形喷管

控制力由安装在导弹重心处的旋转弯管形喷管的反作用发动机产生，适当地转动这些喷管的角度就可改变控制力的大小：法向控制力为

—喷管的转动角度

l

侧向喷管

导弹的重心截面处放上几个小型火箭发动机，发动机喷管的轴线与弹体的纵轴相垂直。通过控制某个发动机工作产生控制力。

4.导弹的操纵元件

全动舵：优点是舵面效率高。

副翼舵：位于弹翼后缘或舵面

差动。旋转弹翼：与全动舵相似，不同的只是弹翼旋转。

扰流片：扰流片是装在弹翼或尾翼上的可作上下伸出活动的簿板。

转子副翼：是装在弹翼上或安定面上用来对弹体纵轴ox1进行角稳定的一种装置。其转子转速可达500-1000r/min，与一般副翼相比，转子副翼没有控制伺服系统。

燃气舵：燃气舵是装在火箭发动机喷管出口排出的燃气流中的一种舵面。优点是结构简单可靠；缺点是产生推力损失，此外，舱面烧蚀较严重。

摆动发动机：它是以液体火箭发动机为动力的导弹上常采用的一种控制机构。主发动机或辅助发动机装在万向轴承上，可以在俯仰或偏航方向摆动。

对于由四个液体火箭发动机并联组成的主发动机，只要每个发动机分别绕一个轴摆动就可以控制导弹在三个方向上的运动。

固定式姿态控制发动机：这是将推力室固定在弹体上，方向与弹体垂直，但数目较多。

摆动喷管：只是发动机喷管偏摆，燃烧室不摆动，如图示。这种装置主要问题是要对在高温、高压条件下工作的喷管活动接头与发动机的固定部分进行可靠的密封。

摆帽：摆帽是装在发动机喷管出口端部的一种可摇摆的环形物或套筒。较燃气舵效率低，但烧蚀不严重。

二次注射：通过喷管的侧壁向喷管内喷注气体或液体，以达到能够偏转喷气流并产生操纵力矩，如图所示。这种方法的优点是不需要活动的发动机构件或喷管构件。

燃气挡片：在喷管出口端面设置可来回移动的燃气挡片，如图。类似于扰流片在空气中的作用。

旋转弯管形喷管和侧喷管辅助发动机：在导弹的头部或尾部装有旋转弯管形喷管或侧喷管的单个辅助发动机(固体或液体)或压缩空气容器。

5.导弹的机动性和过载

1）机动性

是导弹迅速改变速度的大小和方向的能力。

衡量标准：导弹在飞行过程中所能产生的切向加速度和法向加速度。其中最关心的是法向机动性，也就是法向加速度的大小。法向机动性越好，导弹的转弯半径越小，越有利于攻击目标。

2）机动性的数学描述

以导弹在铅直平面内的运动说明概念。

法向运动方程为

因所以又因

所以3）机动性分析影响法向机动性；导弹质量，弹道倾角影响法向机动性；H

ρ

机动性；弹翼面积S机动性；攻角α机动性（α<αmax）。4）过载过载是指作用在导弹上的外力（除重力外）与重量之比，是一向量。表示为5）过载分量以铅垂平面内运动为例。过载沿弹道系的分解为

导弹的质心运动方程可表示为所以，过载同样可以衡量导弹的机动性。6）限制过载的因素操纵元件的偏转范围；（舵偏角、发动机摆角）攻角和偏航角不能超出许可范围（临界值）；弹体结构强度不允许过载太大。导弹所能提供的过载为可用过载，实现预期飞行轨迹所需的过载为需用过载。可用过载一般应大于需用过载。6.稳定性1）导弹的稳定性

是指导弹在飞行过程中由于受某种干扰，使其偏离原来的飞行状态，当干扰消失后导弹恢复到原来飞行状态的能力。若导弹可以恢复到原来的飞行状态，就称它是稳定的，否则是不稳定的。稳定性包括质心运动参数的稳定性和弹道与状态参数的稳定性二部分。2）稳定性的两种形式

导弹的稳定性（包括稳定系统）；导弹弹体自身的稳定性。3）导弹弹体自身的稳定性指舵面锁定条件下的稳定性。只要保证压心在重心后一定距离就是稳定的。若压心在重心前则不稳定。4）导弹的稳定性

弹体自身不稳定性的导弹，装上稳定系统后会变为稳定的。7.操纵性1）定义

导弹在操纵元件发生动作时，改变其原来飞行状态的能力以