自旋飞行器横向振动的动力学与控制机理研究

本项目研究工作以飞行器为研究对象，研究自旋飞行弹箭横向振动动力学理论、有限元实现方法、仿真程序实现和振动机理分析。.通过将转子动力学的基本思想融入外弹道学中，建立合理的力学模型。利用有限单元法，通过动力学理论分析，给出考虑陀螺效应的自旋弹体飞行时横向振动的有限元振动方程。针对振动方程，研究有限元计算方法。研究和实现自旋飞行弹箭弹体横向振动动力学仿真技术，实现弹体横向振动自振特性、动力响应及稳定性仿真计算程序开发。通过与商业软件的对比计算验证该理论和方法的正确性和有效性。通过仿真计算，探讨各种因素对弹体横向振动的影响，总结弹体横向振动规律，分析共振和失稳原因，为工程设计提供有效的参考依据。. 通过开展本项研究，促进相关理论和方法的发展，为弹箭的工程设计提供相关的基础理论支撑和数字化设计手段，揭示弹体结构设计与外弹道振动行为的关系，实现弹箭系统总体结构的合理优化设计，提高弹箭的研制水平。

以自旋飞行器为研究对象，研究了自旋飞行弹箭横向振动动力学理论、有限元实现方法、仿真程序实现和振动机理分析。.通过将转子动力学的基本思想融入外弹道学中，建立了合理的力学模型。利用有限单元法，采用Timoshenko梁模型，通过动力学理论分析，给出考虑陀螺效应和剪切变形的自旋弹体飞行时横向振动的有限元振动方程及其特征频率方程。针对特征频率方程，采用广义Lanczos方法对其进动频率及振型进行求解。而针对有限元振动方程，则采用Newmark直接积分方法进行求解。研究和实现了自旋飞行弹箭弹体横向振动动力学仿真技术，实现了弹体横向振动自振特性、动力响应仿真计算程序开发。通过与商业软件的对比计算验证了该理论和方法的正确性和有效性。. 通过对实际案例的自振特性分析，探讨了转速和长径比对弹体进动频率及模态振型的影响，得出由弹体自转产生的陀螺效应会使进动频率随着弹箭转速的增加而呈现正负分离，而剪切效应则会降低各阶进动频率。以往对自旋飞行器的模态分析在理论上不够全面，是存在误差的，没有考虑转速对进动频率的影响。同时进行了动力响应的仿真计算，探讨了如转速、长径比、质量偏心及初始扰动等因素对弹体横向振动的影响。当弹体的自转速度接近或等同于其临界转速以及各阶进动频率时，弹体将产生强烈的共振现象，不仅弹体运动将会失稳，而且会对结构造成破坏。而在非临界转速下的振动响应则呈现稳定的拍振特性，拍振的高频频率与激振力的频率相等，低频频率则可能是由激励所引起的弹体运动的章动频率。. 通过开展本项研究，促进相关理论和方法的发展，探讨了各种因素对弹体横向振动的影响，总结弹体横向振动规律，分析共振和失稳原因，为工程设计提供有效的参考依据。