● 摘要
水下高速导弹水下航行时，由于超空泡的包裹，弹体大部分与水隔离，所受阻力急剧减小，因而可以达到较高的速度。超空泡带来巨大速度优势的同时，也给弹体水下航行的稳定和控制带来了困难，因弹体被空泡包裹，其流体动力特性发生了深刻的变化，对控制策略提出了更为严格的要求。此外，由于头部特殊的执行机构—空化器，使得其入水方式与空投鱼雷的入水方式亦有不同。本文依据国内外已经公布的研究资料，结合已掌握的知识，对水下高速导弹的特性进行了详细地分析，建立了水下高速导弹水下航行的非线性数学模型和入水冲击模型，对弹体水下航行控制方法和入水冲击进行了研究，主要工作和成果如下：
首先，建立弹体的数学模型。研究了超空泡的形成机理和形态，确定了弹体的基本配置和稳定航行方式。定义了常用坐标系，对弹体进行受力分析，着重仿真研究了尾部滑行力。在此基础上，根据动量定理和动量矩定理，建立了弹体的六自由度数学模型。根据控制要求，提出合理的假设，提取了弹体的纵向数学模型，并对纵向模型的开环特性进行了仿真分析，提出控制的必要性。
其次，设计控制器对水下高速导弹的纵向运动进行控制。基于逆系统方法，对水下高速导弹的纵向数学模型进行反馈线性化。选定滑模面，设计滑模变结构控制器，对弹体的纵向深度以及俯仰角进行控制，并进行仿真验证。考虑模型存在不确定性，并且反馈线性化高度依赖模型精确性的缺点，设计了自适应模糊变结构控制器，即用模糊系统构成反馈环节，采用自适应律来确定模糊系统内部参数，在此基础上，设计变结构控制器，构成闭环系统，利用Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性。对加入不确定性和干扰的模型进行仿真分析，证明了设计的控制器的有效性。
最后，考虑存在空化器的情况下，对弹体的入水冲击进行研究。对入水研究背景、现状和入水过程进行论述，定义坐标系，对弹体入水进行受力分析，建立弹体的入水冲击数学模型，仿真研究空化器在入水冲击过程中对弹体俯仰角的影响，提出空化器在一定范围内以固定偏角的方式入水进而抑制弹体俯仰角变化的策略。