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導彈姿態控制系統

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導彈姿態控制系統(missile attitude control system)是導彈上自動穩定和控制導彈繞質心運動的整套裝置。它的功能是保證導彈穩定飛行,並根據制導指令控制導彈飛向目標。導彈姿態控制系統由敏感裝置、控制計算裝置和執行機構3部分組成。敏感裝置(如陀螺儀、加速度計等)測量彈體姿態的變化並輸出信號。控制計算裝置(如計算機)對各姿態信號和制導指令按一定控制規律進行運算、校正和放大並輸出控制信號。執行機構(如舵機)根據控制信號驅動舵面或擺動發動機產生使導彈繞質心運動的控制力矩。

1 導彈姿態控制系統 -導彈姿態控制系統

導彈上自動穩定和控制自身繞質心運動的全套裝置的統稱。在彈道導彈中又稱穩定控制系統。
  

導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。導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。
  

2 導彈姿態控制系統 -主要作用

①在各種干擾條件下,保證導彈飛行姿態角的偏差穩定在允許的範圍內;

②根據制導指令控制導彈的飛行姿態角,以改變導彈的運動方向,修正飛行路線,從而保證導彈準確命中目標。
  

導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、空空等導彈中該系統亦稱自動駕駛儀。敏感裝置用於測量導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錶。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。彈道導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導彈的飛行姿態,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。有翼導彈可在彈體頭部、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,有效地控制導彈在大氣層內飛行。

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,但在發動機關機后就失去作用。彈道導彈廣泛採用這類控制方式。
  

要使導彈姿態控制系統具有良好的性能,必須在分析導彈動力學特性的基礎上選擇控制規律和系統參數。但是建立導彈動力學模型的工作比較複雜,須考慮許多因素,例如導彈在飛行中的質量、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;對於大型液體導彈,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后,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。

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