انواع سیستم های كنترل موشک ها

[A3eman]

- نوع کنترل از روی بال ( Wing control )

این نوع پیکربندی از سطحی نسبتنا بزرگ است که در فاصله کمی از مرکز ثقل موشک قرار می گیرد.
در این نوع پیکر بندی نیاز به یک مجموعه متعادل کننده در قسمت انتهایی بدنه موشک داریم.این نوع سیستم کنترل معمولا در موشکهای AAM بکار گرفته می شود زیرا خصوصیات پاسخ سریع از لحاظ کنترل دارد .
نیروی براLift در اثر تغییر زاویه سطوح کنترل فورا تغییر می نماید و باعث مانور موشک میشود.برآی اضافی در اثر تغییر زاویه حمله بوجود می اید.کنترل گشتاور Pitching و یا Turning در اثرتغییر مکان سطوح کنترل عموما خیلی کم است . بنابراین حرکت مکانی نیروی برآ در محدوده بسته ای از مرکز ثقل انجام می گیرد به همین علت یک نیروی رو به پایین در قسمت دم در اثر دانوش بال بوجود می آید که از لحاظ گشتاور برای ایجاد برآی اضافی مطلوب است .
محل نصب بال در طراحی موشک نوع بال کنترل بسیار بحرانی است . بویژه در حالتی که محدوده تغییر مکان مرکز ثقل در حالت پرتاب در آخرین لحظات و روشن بودن موتور زیاد باشد این حالت رخ می دهد از این رو سطوح بال را عموما در محدوده بسیار نزدیکی از مرکز ثقل حالت پرتاب قرار می دهند و این به علت ایجاد تعادل استاتیکی مطلوب با داشتن ابعاد کوچک مجموعه دم است . تاثیر حرکت مرکز ثقل به طرف جلو کاهش تاثیر سطوح کنترلی و در نتیجه مانور پذیری بر حسب کج شدن بال است .


موشک هارم با کنترل بال

2- سیستم کنترلی کانارد ( Canard Control )

پیکر بندی کانارد شامل سطوح کنترلی کوچکی هستند که درست در قسمت جلوی بدنه موشک قرار می گیرند و سطوح دیگر نظیر بال یا دم به ترتیب در قسمت میانی و انتهایی بدنه نصب می شوند .
بدلیل کوچکی اندازه سطوح کانارد در مقایسه با پیکربندی معمولی دانوش قابل توجهی ایجاد نمی کند بنابراین در مشخصات تعادل طولی اثرات مخالفی ایجاد می نماید .
بدین ترتیب حاشیه پایداری استاتیکی بزرگی با تغییر مکان بال به راحتی حاصل می آید . کل نیروی برآ در این نوع پیکربندی در اثر زاویه حمله بوجود می آید زیرا برآیی که کانارد تولید می نماید باعث ایجاد یک نیروی بطرف پایین در بال میگردد .
موضوع بسیار جالبی که در پیکر بندی کانارد مطرح است سادگی ذاتی آن است . بعلاوه تغییر در مکان مرکز ثقل در اثر تغییر طراحی ممکن است که به سادگی قابل تطبیق با مکان جدید بال باشد همچنین به دلیل کوچکی ابعاد سطوح تولید برآ پسای کلی و وزن موشک نیز کم است . بعضی از معایب اصلی پیکر بندی کانارد عبارت اند از :
ایجاد تعادل در رول مشکل است چون سطوح کانارد ابعادشان کوچک است و اثر دانوش کمی بر بال دارند در نتیجه روش پیچیده ای برای کنترل رول مورد نیاز است .

موشک سایدواندر با کنترل کانارد

3- دم کنترل ( Tail Control )

در این سیستم واضح است که تغییر وضعیت سطوح دم باعث کنترل پذیری موشک می شود و تغییر مکان دم در این وضعیت بر خلاف جهت زاویه حمله می باشد .
در اثر رفتار ای این وضعیت پاسخ آرامی در سیستم بالا بوجود می آید بنابراین نیروی برآی اولیه در جهت مخالف مورد قبلی است . این یک مزیت از لحاظ بار وارده بر قسمت دم و هچنین گشتاور لولایی مقدارش کاهش می پذیرد و زاویه حمله کلی نیز تنزل پیدا می کند .
در این حالت خمش وارده بر بدنه به حداقل مقدار خود کاهش می یادبد از این رو بسیاری از بار های برایند متمرکز بر بال اصلی و در نزدیکی مرکز ثقل وارد می شوند . بعلاوه تاثیرات تداخلی بال و دم نیز کم می شود و این بدین علت است که سطوح اصلی تولید نیروی برآ ثابت و هیچگونه دانوش در اثر تغییر وضعیت زاویه دانوش بال تولید نمی شود. بنابراین خصوصیات آیرودینامیکی این سیستم کنترل بسیار خطی تر از بال کنترل می باشد . معایب اصلی این نوع سیستم کنترل عبارت اند از :
اگر از موتور راکت با سوخت جامد استفاده کنیم فضای محدودی برای مکانیزم های کنترلی در قسمت دم داریم .
سطوح کنترل تامین تعادل عرضی کارایی لازم را ندارند .

موشک امرام با کنترل دم

4- طرح بدون دم ( Tail Less )


در این نوع پیکر بندی سطوح کنترلی در لبه فرار بال قرار دارند . بزرگترین مزیت این نوع پیکر بندی کم شدن تعداد سطوح است که خود باعث کاهش پسا و همچنین هزینه ساخت می شود . یکی از بزرگترین معایب مشهور این نوع پیکر بندی این است که محل نصب بال بسیار بحرانی می باشد . قرار گرفتن بال در قسمت خیلی عقب تعادل بیش از حدی را بدست می دهد بطوریکه نیازمند سطوح کنترلی با ابعاد بزرگ هستیم و یا نیاز به تغییر وضعیت بیش از حد سطوح کنترلی داریم تا ضریب بار مطلوبی بدست آید . از طرف دیگر قرار گرفتن بال در قسمت خیلی جلو نزدیک مرکز ثقل باعث کاهش بازده کنترلی و میرایی آیرودینامیکی می شود و این وضعیت در بسیاری از موشک ها وضعیت مطلوبی محسوب می شود .

5- بدنه های کشیده ( Body Extension )


روش دیگری که از آن برای کنترل استفاده می شود بکارگیری فشار پایه یا اولیه که تفاضل فشار بین پایه و جریان آزاد است . منطقه تفاضل فشار که به صورت یک نیروی برآ ظاهر شده است . بزرگترین مزیت های این طرح عبارت اند از :

به دلیل اینکه گشتاور لولایی وجود ندارد نیازمند توان سرویی کمی است .
طراحی جمع و جور و ساده ای دارد .

معایب این پیکر بندی عبارت اند از :

قابلیت مانور کم .
غیر قابل استفاده در سرعت های مادون صوت جایی که عملا فشار اولیه وجود ندارد .
در بین مرحله موتور روشن و موتور خاموش در اثر تاثیر جت کنترل بر عکس عمل می نماید که به آن ( Reversal Control ) می گویند .

اگر تعادل مثبت استاتیکی مورد نیاز باشد پیکر بندی دو کی دم برای این نوع کنترل مناسب است . بانابراین فضای اضافه ای برای نصب مکانیزم های کنترلی در قسمت های انتهایی دم در اختیار قرار میگیرد .

6- کنترل توسط فلپ در قسمت جلو ( Nose Flap )


این نوع سیستم کنترلی در واقع ترکیبی از قسمت جلویی دماغه و یک فلپ است که در یک چهارم مقطع عرضی بدنه عمل می کند . زمانیکه فلپ جمع می شود قسمتی از بدنه می شود .
این نوع سیستم کنترلی هنگامی که نسبت منظری فوق العاده کمی در دم داشته باشیم در موشک های پرتاب شونده از هوا مناسب می باشد . زیرا طراحی جمع و جوری دارند و در هنگام پرتاب فلپ برای ایجاد تعادل بسته است .
بهر حال این نوع سیستم کنترلی دارای قابلیت مانور پایینی است و کاربرد محدودی دارد .

7- استفاده از تیغه آیرودینامیکی ( Dorsal )

در جایی که طول کلی موشک شدیدا دارای محدودیت باشد از تیغه آیرودینامیکی استفاده می کنند .
در طراحی موشک برای جبران کمبود سطح و یا کم بودن نسبت منظری که باعث تلفات آیرودینامیکی می شود از یک قسمت ثابت آیرودینامیکی به نام Dorsal استفاده می گردد .

8- کنترل توسط جریان جت ( Jet Control )

این نوع سیستم کنترلی به چهار کلاس طبقه بندی می شود :
1- جت عکس العملی ساده یا راکت
2- موتور های مفصلی یا نارلهای راکت
3- تیغه های جت
4- Jetavator ها

نوع اولی از مجموعه بالا مزیت ویژه ای در موشک های کوچک با مدت پرواز کم دارد و همچنین در بدنه های برگشتی برای ایجاد تعادل و به حداقل رساندن سرعت چرخش در پرواز آزاد بکار می رود .
جت بر روی سطح آیرودینامیکی سوار می شود و از آن برای افزایش بهره عملکرد سطوح استفاده می کنند . موتور های مفصلی با سوخت مایع بطور رضایت بخشی در طی سالیان متمادی مورد استفاده قرار گرفته اند .
موتور های راکت با سوخت جامد معمولا بصورت مفصلی نیستند ودر آنها از کنترل جتی استفاده می کنند . برای این نوع موتور ها در قسمت اگزوز از شیپوره گردان استفاده می کنند و بخوبی تدابیر کنترلی موتور های با سوخت جامد عمل می کند . مسئله جمع کردن تیغه ها نیز در حالتی که در جهت گازهای داغ خروجی نیستند باید مورد ملاحظه قرار گرفته شود . شوک های حرارتی به همان اندازه می توانند مضر باشند . همچنین به دلیل اضافه شدن وزن مکانیزم و پیچیدگی آن قابل اعتماد نمی باشد از نظر عملکرد و قیمت تمام شده نیز مطلوب نمی باشد .
اگر از سوختهای مایع یا جامد با انرژی بالا استفاده نماییم مسائل حرارتی تیغه های جتی بحرانی خواهند شد و Jetavator ها تدابیر جدیدی هستند که در سیستم های کنترلی از آنها استفاده می شود و به دلیل داشتن گشتاور لولایی کم بر سیستم نیروی کمنتری اعمال می شود .
تحت شرایط بهینه طراحی با صرفه است که تمام متعادل کننده های آیرودینامیکی و سطوح کنترلی را کنار بگذاریم و از Jetavator ها استفاده کنیم باید به این نکته توجه نمود که قبل از انتخاب یک نوع از این Jetavator ها آنالیز جزئیات آنرا انجام دهیم .

9- سیستم کنترل تک باله ( Monowing )

آرایش تک باله عموما در موشک های نوع کروز استفاده می شود . این نوع موشک ها از این لحاظ همانند هواپیماهای مسافربری هستند . در پیکر بندی نوع تک باله علیرغم اینکه بالی با سطح و طول بیشتری است پسای ایجاد شده کمتر از طرح نوع صلیبی می باشد .
اگر چه در این نوع موشک ها برای مانور دادن مجبور به دوران موشک حول محور طولی هستیم ولیکن پاسخ زمانی سریعتری را به مت می دهد و از لحاظ سیستم هدایت دقت خوبی را ایجاد می کند .

10- سیستم کنترل نوع سه باله ( Triform )

در این نوع سیستم آرایش بالها با زاویه 120 درجه انجام می پذیرد و به دلیل اینکه مزیت قابل توجهی نسبت به سایر سیستم ها ندارد به ندرت از آن استفاده می کنند . نتیجه آنالیز های مقدماتی نشان می دهد که سطح کلی بال این نوع ارایش برابر سطح بال در پیکر بندی صلیبی است و تغییر قابل توجهی از لحاظ پسایی ندارد بعلاوه کاهش وزن در این طرح خیلی کم است و حتی ممکن است که کاهش وزنی تحقیق نپذیرد . از طرفی چونکه بارهای وارده بر هر بال نسبت به پیکر بندی صلیبی بیشتر هستند از این رو نیاز به اتصالات بزرگتر و سنگین تری دارد به همین جهت از لحاظ وزنی مزیتی ندارد .
پانل های سه تایی تا اندازه ای دارای طول بیشتر هستند و در نتیجه برآیند نیروها را اندکی تغییر مکان می دهد بدین ترتیب وزن در واحد سطح زیاد می گردد و سودی که در اثر نداشتن پک پانل اضافه تر نسبت به طرح صلیبی عاید می شد بدین ترتیب از بین می رود . آرایش نوع سه تایی زمانی بر آرایش صلیبی ترجیح داده می شود که با یک طرح تک باله ربط داده شود تا تعادل سمتی مطلوب ایجاد گردد .

11- آرایش صلیبی ( Cruciform )
این آرایش در طراحی موشک ها بیشتر از سایر انواع پیکربندی ها مورد استفاده قرار می گیرد . مزایای آرایش صلیبی عبارت اند از :

پاسخ سریع در تولید برآ در هر جهت
خصوصیات یکسان در Yaw و Pitch
سیستم کنترل ساده تر
یک دیدگاه مهم در طراحی نوع صلیبی جهت یابی سطوح کنترل نسبت به صفحات بال است . با استفاده از تجربیات و اطلاعات تجربی بدست آمده از چهل یا پنجاه مقاله در این رابطه این نتیجه می دهد که یک سطح دم هم راستا با بال بهترین مشخصه های آیرودینامیکی را بدست می دهد که در اکثر موشک ها می توان این طرح را بکار گرفت . نتایج زیر با استفاده از این نوع پیکربندی بدست می آیند :

وضعیت های پایدار در زاویه حمله تعادل بالا و انحراف زیاد سطوح کنترل ظاهر می شود که نتیجه اش نامتعادلی وضعیت های واگرای این سطوح کنترل می باشد .

اگر چه در آرایش دم هم راستا با بال در زوایای حمله کم تعادل ضعیفی را به همراه دارد در عوض این پیکر بندی ساده تر است .

خلاصه ای از مشخصات طراحی آیرودینامیکی انواع سیستم های کنترل

کنترل با بال ( Wing Control )
مزیت : کنترل سریع – تعادل کم زوایه حمله – بسته بندی نسبتا خوب – سودمندی ناشی از انحراف کانارد برای کنترل
معایب : گشتاور لولایی زیاد – نیاز به قدرت سرویی بالا – آیرودینامیک غیر خطی – گشتاور القایی زیاد

کنترل با کانارد ( Canard )
مزیت : بسته بندی خوب – گشتاور لولایی کم – آیرودینامیک خطی خوب – تغییر مکان بحرانی نیست – تغییرات آسان طراحی – پسای کم
معایب : کنترل عرضی آسانی ندارد – گشتاور جهشی زیاد در بدنه – تعادل نسبتا زیاد زاویه حمله – نرخ کنترل بالایی را می طلبد

کنترل با دم ( Tail Control )
مزیت : بارهای کم دم – گشتاور لولایی کم در دم – گشتاور جهشی کم در بدنه - آیرودینامیک خطی نسبتا خوب
معایب : پاسخ آهسته – عکس نیروی اولیه در جهت خلاف – بسته بندی مشکل – تعادل بالای زاویه حمله

منبع:ارتشی