飛彈姿態控制系統
飛彈上自動穩定和控制自身繞質心運動的全套裝置的統稱。在彈道飛彈中又稱穩定控制系統。
飛彈在空間的運動有六個自由度,除了三個自由度的質心平移運動外,還有三個自由度的繞質心轉動運動。飛彈繞質心運動通常用三個飛行姿態角(俯仰角、偏航角和滾動角)及其變化率來描述。
主要作用
①在各種干擾條件下,保證飛彈飛行姿態角的偏差穩定在允許的範圍內;
②根據制導指令控制飛彈的飛行姿態角,以改變飛彈的運動方向,修正飛行路線,從而保證飛彈準確命中目標。
飛彈姿態控制系統一般有俯仰、偏航和滾動三個通道。每個通道包括三個基本部分,即敏感裝置、變換放大裝置和執行機構(亦稱伺服機構)。在地空、空空等飛彈中該系統亦稱自動駕駛儀。敏感裝置用於測量飛彈飛行姿態角及其變化率,通常採用位置陀螺、速率陀螺和慣性平台等慣性儀表。為了實現某些控制作用,還有用加速度表等作為敏感裝置的。變換放大裝置由校正網路和放大器組成。它按照一定的控制規律,綜合、處理和放大各種控制信號,並將控制信號轉換成便於控制伺服機構的形式。目前,已廣泛使用數字計算機來實現控制規律和進行信號處理。伺服機構能將電信號轉換成機械位移,一般分為氣動、電動和電動液壓等類。彈道飛彈要求伺服機構功率大,廣泛採用電動液壓伺服機構,它包括液壓泵、伺服閥、作動筒和能源(電機或電池)。隨著負載功率的增大,還有採用以燃氣渦輪作為能源的伺服機構。
為了實現穩定和控制飛彈的飛行姿態,需要控制力矩。產生控制力矩的方式通常有兩類:
①舵面氣動控制。有翼飛彈可在彈體頭部、中部或尾部安裝空氣舵,由伺服機構轉動空氣舵產生氣動控制力矩,有效地控制飛彈在大氣層內飛行。
②推力向量控制。由伺服機構改變推力向量產生控制力矩。推力向量控制方式有燃氣舵、液體二次噴射、擺動發動機或擺動噴管等。這類方式在大氣層外也可使用,但在發動機關機後就失去作用。彈道飛彈廣泛採用這類控制方式。
要使飛彈姿態控制系統具有良好的性能,必須在分析飛彈動力學特性的基礎上選擇控制規律和系統參數。但是建立飛彈動力學模型的工作比較複雜,須考慮許多因素,例如飛彈在飛行中的質量、質心和轉動慣量隨時間的變化,彈體在外力作用下的彈性振動;對於大型液體飛彈,還應考慮推進劑在貯箱內的晃動以及搖擺發動機慣性等影響。要綜合考慮上述因素,合理選擇控制規律,有時還有困難。數學姿態控制系統出現後,這些困難得到了較好的解決,而且還可以選用更好、更複雜的控制方案,如最優控制和自適應控制等。