安裝在導彈上的自動駕駛儀就是要保證導彈在各種飛行狀態下,都能滿足導彈係統對穩定性、動態響應性能等方麵的要求。如果所設計的導彈的彈體具有很高的靜穩定性,即具有很低的操縱性,在壓心或質心有小量移動時也不會造成靜穩定度有很大變化,這種情況下就沒有必要裝置自動駕駛儀。如飛行高度基本不變、攻擊慢速目標並以近似不變的速度進行飛行的反坦克導彈。
自動駕駛儀與導彈彈體構成的閉合回路稱為穩定回路,穩定回路的任務是在導彈受到幹擾的情況下保持導彈的姿態不變。當導彈在飛行過程中受到幹擾,或導彈依據指令操縱舵麵發生偏轉或改變推力方向時,彈體會因幹擾的影響或按照要求的方式繞導彈的質心做上下(俯仰)或左右(偏航)機動,如果導彈上裝有陀螺儀和加速度計等慣性測量元件。這些慣性測量元件就會感受和測量出彈體運動的變化,慣性測量元件的輸出對彈體形成反饋,以修正導彈的運動。在穩定回路中,自動駕駛儀是控製器,導彈彈體是受控對象。自動駕駛儀的作用是穩定導彈繞質心的姿態運動,並依據引導指令正確、快速地操縱導彈的飛行。自動駕駛儀通過操縱導彈的空氣動力控製麵或推力矢量控製導彈的姿態運動。
旋轉導彈的自動駕駛儀沒有滾動通道,隻用一個側向通道控製導彈的空間運動,因而被稱為單通道自動駕駛儀,如旋轉彈體單通道控製的便攜式地空導彈。
對於非旋轉導彈,不允許導彈在空中滾動,否則控製指令坐標係與彈上執行坐標係之間的相對關係就會被破壞,從而使指令執行過程發生錯亂,導致控製作用失效。此時導彈的滾動控製是由導彈上的自動駕駛儀自行完成的。
三、執行裝置
在大氣層中高速飛行的導彈,可通過改變空氣動力的方向獲得控製力,而通過改變推力矢量大小和方向的方法獲得控製力則可以應用於大氣層內或大氣層外飛行的導彈。改變空氣動力或推力矢量方向的裝置稱為執行裝置。
執行裝置是導彈控製係統的重要組成部分,它的功用是根據導彈的控製信號或測量元件輸出的穩定信號,操縱導彈的舵麵或副翼偏轉,或改變發動機推力矢量的方向,以控製和穩定導彈的飛行。
執行裝置一般是由放大變換元件、舵機和反饋元件等組成的一個閉合回路。放大變換元件的作用是將輸入信號和舵的反饋信號進行綜合、放大,並根據舵機的類型,將信號變換成舵機所需的信號形式;舵機是操縱舵麵轉動的器件,它在放大變換元件輸出信號的作用下,能夠產生足夠的轉動力矩,使舵麵迅速偏轉,或將舵麵固定在所需的角度上;反饋元件的作用是將執行裝置的輸出量(舵麵的偏轉角)反饋到輸入端,使執行裝置成為閉環調節係統,以改善執行裝置的調節質量。舵機是執行裝置的核心。
對執行裝置的基本要求有:舵機能夠產生足夠大的輸出力矩;能使舵麵產生足夠的偏轉角和角速度;舵回路應有足夠的快速性;舵回路的特性應盡量呈線性特性;外形尺寸小、質量小、經濟可靠等。
舵機包含能源和作動裝置兩部分,能源或為電池或為高壓氣源(液壓)。舵機按所采用能源的不同,分為電動式舵機、氣壓式舵機和液壓式舵機。
電動式舵機分為電磁式和電機式兩種。電磁式舵機實際上是一個電磁機構,其特點是外形尺寸小、結構簡單、快速性好,但電磁式舵機的功率小,一般用於小型導彈上。電機式舵機以直流、交流電動機為動力源,所以輸出功率較大,且結構簡單、製造方便,但電機式舵機快速性差。
氣壓式舵機按氣源種類的不同分為冷氣式和燃氣式兩種。冷氣式舵機采用高壓冷氣瓶中儲藏的高壓氣體(空氣或氮氣)為氣源來操縱舵麵的運動。燃氣式舵機采用推進劑燃燒後所產生的氣體為氣源來操縱舵麵的運動。
液壓式舵機以液壓油為能源,液壓油儲存在油瓶中,並充有高壓氣體給液壓油加壓。液壓式舵機體積小、質量小、功率大、快速性好。液壓式舵機的不足是液體的性能受外場環境條件的影響較大、加工精度要求高、成本高。
隨著現代地空導彈的發展,為了滿足導彈控製快速性的要求,越來越多的地空導彈采用推力矢量裝置控製導彈的飛行。推力矢量是依靠改變發動機排出氣流的方向來改變導彈飛行方向的一種導彈控製方法。推力矢量方法首先運用於洲際彈道導彈,隨著技術和製造工藝的發展,近些年才在戰術導彈上普遍應用。與空氣動力執行裝置相比,推力矢量控製裝置具有明顯的優點,控製力大、響應快速,即使在高空飛行和低速飛行階段,推力矢量控製裝置都能提供有效的控製力,並且能獲得很高的機動性能。推力矢量控製裝置不依賴大氣的空氣動力,但不適用於被動段飛行的導彈。推力矢量控製裝置是垂直發射必備的技術。