Формирование облика зенитной управляемой ракеты и динамический анализ ее системы управления

С.Н. Илюхин, С.В. Беневольский, В.В. Грабин

ФОРМИРОВАНИЕ ОБЛИКА ЗЕНИТНОЙ УПРАВЛЯЕМОЙ РАКЕТЫ И ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЕЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана






              С.Н. Илюхин, С.В. Беневольский, В.В. Грабин

ФОРМИРОВАНИЕ ОБЛИКА ЗЕНИТНОЙ УПРАВЛЯЕМОЙ РАКЕТЫ И ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЕЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ





                  Рекомендовано Научно-методическим советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия
















Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2012

    УДК 623.462.22
    ББК 68.52

       И49



Рецензенты: И.А. Сутырин, В.С. Козлов



          Илюхин С.Н.

    И49 Формирование облика зенитной управляемой ракеты и динамический анализ ее системы управления : учеб. пособие / С.Н. Илюхин, С.В. Беневольский, В.В. Грабин. - М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. - 80, [4] с. : ил.


             Представлены основные теоретические предпосылки и один из рекомендуемых алгоритмов проведения проектировочных расчетов студентами 4-го и 5-го курсов, обучающимися по специальности «Динамика полета и управление движением летательных аппаратов».
             Для выполнения домашних заданий и самостоятельных работ по курсам «Баллистическое и аэродинамическое проектирование», «Управление в технических системах» и «Управление движением летательных аппаратов».


УДК 623.462.22
ББК 68.52













© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012

ПРЕДИСЛОВИЕ

       Баллистическое и аэродинамическое проектирование наряду с динамическим анализом представляет собой один из основополагающих элементов создания управляемой ракеты. Данные процессы включают весьма широкий спектр оценочных, оптимизационных, конструкторских и зачастую технологических задач. Конечным результатом является формирование облика ракеты, анализ выполнимости заданных тактико-технических требований (ТТТ), предъявляемых к выходным параметрам изделия, выдвигаются различные ограничения и определяются значения конструкторских параметров. Несмотря на обширную автоматизацию процессов проектирования в современном инженерном деле, проектировщик обязан чувствовать ответственность за создаваемое изделие, понимать суть происходящих во время полета процессов и ощущать взаимосвязь разных параметров ЛА. В процессе выполнения домашних заданий студент должен освоить навыки проектировщика, работая в тесном контакте с преподавателем, выступающим в качестве заказчика.
       В ходе выполнения и защиты контрольных мероприятий каждый студент формирует облик зенитной управляемой ракеты (ЗУР) по индивидуально выданным ТТТ. Данный курс домашних и самостоятельных работ является совершенно уникальным комплексом подготовки молодых специалистов, разработанным профессором, доктором технических наук В.В. Грабиным при поддержке кандидата технических наук А.Н. Клишина и доктора технических наук С.В. Беневольского. Методика несколько десятилетий успешно применяется на практике в учебном процессе кафедры СМ-3.
       При выполнении данного курса домашних заданий широко используют программные пакеты «Экспресс» и ПДС, разработанные в МГТУ им. Н.Э. Баумана на факультете «Специальное машиностроение».

3

АЧХ БВТП БФСО БФСП БФУС БЧ
ВЧ ЗРК ЗУР ИД КР КСТН КЦ ЛА ЛАХ ЛС НЧ ОВВ ОВП ПВО ПДС ПИД ПЗРК РВЗ РДТТ РЛС СИ СН СНВИ СС СУ СЧ ТТТ

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

-  амплитудно-частотная характеристика
-  блок выработки требуемого положения
-  блок формирования сигнала ошибки
-  блок формирования сигнала промаха
-  блок формирования управляющего сигнала
-  боевая часть
-  высокочастотная
-  зенитный ракетный комплекс
-  зенитная управляемая ракета
-  исходные данные
-  координатор ракеты
-  командная система теленаведения
-  координатор цели
-  летательный аппарат
-  логарифмическая амплитудно-фазовая частотная характеристика
-  линия связи
-  низкочастотная
-  область вероятных встреч
-  область возможных пусков
-  противовоздушная оборона
-  проектирование динамических систем
-  пропорциональный интегро-дифференцирующий
-  переносной зенитный ракетный комплекс
-  рубеж выполнения задания
-  ракетный двигатель твердого топлива
-  радиолокационная станция
-  система интернациональная
-  система наведения
-  система наведения по внешней информации
-  система стабилизации
-  система управления
-  среднечастотная
-  тактико-технические требования

4

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА КОНТУРА СТАБИЛИЗАЦИИ


Элементы теории формирования облика КСТН ЗУР


       Все вопросы проектирования ЗУР рассматриваются на примере КСТН, относящейся к классу СНВИ.
       Состав КСТН ЗУР показан на рис. 1.


Рис. 1. Состав КСТН ЗУР

5

       Этому составу соответствует функциональная схема на рис. 2. В соответствии с этой схемой можно в первом приближении описать свойства всех технических устройств, входящих в КСТН.


Рис. 2. Функциональная схема КСТН:
фц, гц - координаты цели; <рц, Гц - измеренные координаты цели; <рт - требуемый угол визирования цели; Д<р - вычисленная угловая ошибка; h - вычисленная линейная ошибка (промах); Uн - вычисленный сигнал наведения; Uₛ - принятый сигнал наведения; 0 - скорость вращения вектора скорости; <p. r - координаты ЗУР; р, Г - измеренные координаты ЗУР

       1.    Координаторы цели и ракеты. Физическая природа координатора цели (радиолокационный, инфракрасный, оптический), используемого в конкретной СН, определяется свойствами цели и условиями работы. Все цели можно подразделить на следующие группы:
       1) контрастные на фоне местности;
       2) слабоконтрастные;
       3) замаскированные или неконтрастные на фоне местности;
       4) с переменной контрастностью на фоне местности.
       В зависимости от особенностей целей используют тот или иной тип координатора с соответствующим свойством излучения: пассивные (не использующие подсветку цели), активные (подсвечивающие цели излучением определенной частоты и работающие по отраженному сигналу) и полуактивные (со специальной системой подсветки цели, где отраженный сигнал подсветки несет информацию о положении цели).
       В зависимости от размеров цели, требований по ее селекции на окружающем фоне и необходимой дальности действия координатора в системе применяют соответствующий диапазон частотного спектра. Это обстоятельство определяет выбор типа координатора

6

    (радиолокационный, оптический инфракрасный, оптический, работающий в видимой области частот), что позволяет удовлетворять требованиям задания: дальности действия, разрешающей способности, возможности работать по конкретным целям, динамическим характеристикам. Тип координатора однозначно определяется ТТТ на проектирование комплекса.
       Для ЗУР выбирают радиолокационный координатор цели, РЛС с характеристиками, позволяющими использовать его в войсковых комплексах ПВО.
       Конкретными тактическими характеристиками координатора в практическом проектировании комплекса ЗУР с КСТН в учебной работе служат: максимальная и минимальная высота движения цели, максимальная дальность ее визирования, а также минимальный и максимальный углы визирования.
       Динамические характеристики КЦ зависят от свойств приводов слежения за целью, определяемых его передаточной функцией. В литературе [9] приведены полная и упрощенная формы записи передаточной функции координатора цели.
       Передаточная функция угломерного канала может быть принята упрощенной, если пренебречь по малости некоторыми постоянными времени типовых динамических звеньев:

W =______________K ⁽т⁵ ⁺ 1)___________
к.ц   (T1² 5² + 2£ T1 s + 1j (T₂ s +1)


    где K = 1; т -0,3 c; T1 - 0,12 с; ^ -0,7 c; T₂ -0,07 c.
       Спектральная плотность белого шума на входе угломерного канала РЛС может быть принята равной Sf ^ю) = 0,6 • 10“⁶ рад²-с.
       2.    Дальномерный канал представляет собой электронную вычислительную систему, инерционностью которой при анализе динамики полета можно пренебречь. Поэтому справедливо соотношение Uᵣ = Kᵣr, где r - измеряемое расстояние, м; Kᵣ - масштабный множитель усиления, B/м.
       В зависимости от типа КСТН координирование ракеты может выполняться той же РЛС, что и координирование цели (при малых угловых упреждениях), или второй независимой РЛС, работающей по сигналу радиоответчика ракеты.

7

       Наличие интенсивного шума на входе координатора приводит к необходимости ручного сопровождения цели. В этом случае передаточную функцию координатора в простейшем виде можно представить так:

^к.ц (s) =

K (т5 +1) e ~ т°.° s
(T1² 5 ² + 22 T1 s +1) (T2 s +1)’


    где то п - постоянная времени, определяемая запаздыванием переработки сигнала нервной системой человека.
       Более полно учесть влияние оператора можно его передаточной функцией, полученной на основе экспериментальных исследований:
K А   Ke ~st (атs +1)
Won (s) = 7---Г-----—,
■     ( т1s ⁺ 1) ⁽т2s ⁺ 1)


    где т > 0 - время, характеризующее задержку ответной реакции на воспринятый органами чувств сигнал.
       Числовые значения 11 > 0, т₂ > 0, а > 0, т, K приведены в табл. 1.
Таблица 1

Параметры передаточной функции оператора

Частота вынуждаю-  1   1  1   £  т, с   а    K 
щей функции, рад/с т1 с  т2    с               
        1          0,04    1,5   0,15 0,08  100
        2          0,11   4,55   0,2  0,055 40 
        4           0,2    11    0,25 0,067 15 

       Следует помнить, что полоса частот пропускания оператора равна примерно 0,5 Гц. Она определяет предельное быстродействие КСТН при ручном сопровождении цели.
       Приведенные динамические характеристики координаторов цели и ракеты в первом приближении можно использовать как в однолучевых системах, построенных на принципе конического сканирования луча, т. е. в радиоантенне, так и в многолучевых с фазированной решеткой антенн.


8