发布时间 : 星期六 文章某型制导火箭弹弹道仿真 - 图文更新完毕开始阅读8c56de957e21af45b207a80a
己口｜１年Ｉ己月第］口卷第Ｊ己应某型制导火箭弹弹道仿真吕帅王金柱仲伟君郭日红石家庄０５０００３）（军械工程学院摘要：制导化改造是提高火箭弹精度最有效的一种方法。弹道仿真在制导火箭弹研究设计中占有非常重要的地位，仿真结果的正确性与合理性直接影响了制导控制系统的设计开发。为了对制导火箭弹的弹道进行仿真，首先建立了制导火箭弹的运动数学模型，而后结合风洞试验得到的动力系数进行了无控弹道仿真，得到了弹道、速度、弹道倾角和攻角等变化心线。仿真结果可信度较高，可以为今后的研究提供物理量参数。关键词：制导火箭弹；弹道；仿真中图分类号：ＴＪ７６５文献标识码：Ａ’７ＴｒａｊｅｃｔｏｒｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎＬｖＳｈｕａｉｆｏｒｇｕｉｄｅｄｒｏｃｋｅｔＷａｎｇＪｉｎｚｈｕＺｈｏｎｇＷｅ巧ｕｎＧｕｏＲｉｈｏｎｇ（０ｒｄｎａｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅ“ｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈ巧ｉａｚｈｕａｎｇ０５０００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：０ｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｅｆｆｅｃｔｉｖｅｗａｙｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆａｒｏｃｋｅｔｉｓｔｏｅｑｕｉｐｉｔｗｉｔｈｇｕｉｄａｎｃｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓ—ｔｏｔｅｍ．Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｉｎｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｇｕｉｄｅｄｒｏｃｋｅｔ．ＩｎＯｒｄｅｒｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ，ｔｈｅｍａｔｈ—ｄｙｎａｍｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｇａｉｎｅｄｆｒｏｍｒｏｃｋｅｔｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｎｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｗｉｔｈｏｕｔｃｏｎｔｒｏｌｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｕｎｄｅｒｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌｔｅｓｔ，ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｃｕｒｖｅ，ｐａｔｈａｎｇｌｅｃｈａｎｇｅｓｕｌｔｓｗｈｉｃｈｈａｓＫｅｙｗｏｒｄｓ：ａＭａｔｌａｂｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｂａｌｌｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅ，ｖｅｌｏｃｉｔｙｃｈａｎｇｅｒｅ—ｃｕｒｖｅａｎｄａｔｔａｃｋａｎｇｌｅｃｈａｎｇｅｃａｎｃｕｒｖｅｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｇｒｅａｔｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅｌｅｖｅｌｐｒｏｖｉｄｅｐｈｙｓｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈ．ｇｕｉｄｅｄｒｏｃｋｅｔ；ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ；ｓｉｍｕＩａｔｉｏｎＯ引言火箭弹运动方程是描述作用在火箭弹上的力、力矩与火箭弹运动参数之间关系的方程组，由动力学方程、运动学方程、几何关系方程和控制关系方程等组成，是表征火箭弹运动规律的数学模型，也是进行弹道仿真的基础口］。严格地讲，弹丸在空中的运动是复杂刚体的一般运动，它有６个自由度，即３个描述弹丸质心的平动运动和３个描述弹丸绕其质心的转动运动。在工程上，特别是在制导火箭弹的初步设计阶段，在解算精度允许的范围内，可以用一些近似方法对火箭弹运动进行简化，以便利用较简单的运动方程组来达到研究火箭弹运动的目的。例如，在一定条件下，把火箭弹的运动分解为纵向运动和侧向运动，这样就可以相对独立地分别研究制导火箭弹的纵向运动和侧向运动Ｈ］。本文中，制导火箭弹运动模型是在如下基本假设下建立的‘Ⅲ］。１）火箭弹的外形和质量分布是轴对称的。火箭弹是用于压制敌方火力、打击敌方面目标的传统弹药，为了适应未来战争，提高命中精度尤为重要。提高命中精度最有效的方法是对传统火箭弹进行制导化升级改造。在制导火箭弹的设计、定型、实验中，均需要利用弹道仿真进行先期试验、研究与分析，因此弹道仿真是制导火箭弹研究中一项必不可少的程序ｎ’２］。１制导火箭弹运动数学模型本节研究外弹道基本问题。弹道计算只关心弹丸在空中的运动规律，即根据火箭弹系统的有关特征数据和条件，如已知弹丸质量、弹径、弹形、射角、初速以及气象条件等，计算出描述弹丸在空中运动规律的参量，即任意时刻弹丸质心的坐标、及速度的大小及方向、弹道倾角和攻角等。收稿日期：２０１１—１０一１７中国科技核心期刊万方数据一６９—应用天地２）火箭弹的推力欠世与弹轴重合。３）气象条件符合标准气象条件。不考虑科氏惯性力的影响及巫力加速度随纬度的变化。４）不考虑风扰动的影响，且弹丸控制是理想的。由于标准‘Ｃ象条件中规定无风，无风条件下空气阻力和升力必然在射击平面内。加以基本假设中还忽略了科氏惯性力的影响．故而弹丸所受一切力都在射击平面内。ｌＩｉ此知在基本假设下弹道轨迹始终在设计平面内。基于以上假设，可以得到制导火箭弹纵向运动方程组¨?．如式（１）所示。己口Ｊ１年Ｉ己月第３口卷第１己期＿ｍｇ＝Ｐｃ。ｓ口ｘ一懈ｓｉｎ口ｍＶ警＝Ｐｉｎａ＋ｙ—ｗｃ。坩几訾一Ｍ．等～，鲁＝‰鲫鲁＝Ⅷｎ口ｄ¨７嘲２升力系数位（舵偏舶为…百一一…，式中：Ｘ为阻力．ｘ—ｆ。ｑＳ．ｆ：为无量纲的比例系数．称为阻力系数．由风洞试验可以樽出‘与马赫数、攻角的关系，经二维捕值计算可以得到图ｌ所示的关系图。圈３俯仰力矩系数导数值（舵偏角为ｏ）２弹道仿真６４根据方程组（１）及槲关数据．编写仿真程序，得到制导火箭弹的无拉弹道．速度、倾角和攻角曲线，如图４～图７所示（以４５。发射角为例）。２●Ｒ６，４；２。知：…ｌ厨Ｉ山系数价（舵偏期为ｙ为升力．ｙ—ｒ，ｑｓ．－为无量纲的比例系数，称为升力系数，【、与马赫散、攻角的关系如图２所示。Ｍ；，为俯仰力矩，＾ｔ．＝，坩。．芦Ｌ，ｍ．．为无量纲比例系数，称为俯仰力矩系数。对于轴对称火箭弹，卅一在一定条ｍ图ｄ无控弹道ｘｌ∥件下约等于Ⅲ：．ａ洲二为俯仰力矩系数导数，它与马赫数、攻角的关系如图３所示。其他符号的意义与文献［４］相同，这里不再阐述。从图中可以看出，该型制导火箭弹在未加控制的情况下最大射程约为１８．５ｋｍ，与原基型无控火箭弹射程相似。７０一万方数据中国科技核心期刊３结束语图５速度变化曲线弹道仿真是制导火箭弹分析研究过程中的一项基础由图５可知，在最初的１－２ｓ，发动机工作，推力远大性工作。本文从某型制导火箭弹运动模型出发，进行了弹于重力及空气阻力，火箭弹速度迅速增加；发动机工作结道仿真，从而准确得到了该火箭弹的弹道曲线和速度、攻束后，由于重力和空气阻力的作用，速度逐渐减小，当弹道角等曲线。仿真结果表明弹道模型及其仿真结果能够正达到顶点以后，由于重力大于空气阻力，速度在一定范围确地反应火箭弹的运动规律，可信度较高，为控制系统设内增大，但是速度增长缓慢。计提供了必需的参数。参考文献１＝｜］杨磊，李擎．ＭＡＴＬＡＢ在弹道仿真中的应用［Ｊ］．计算机仿真，２００８，２５（１）：５８—６１．ｆ￥心］江南，黄建国，李姗．制导武器弹道综合测试的系统集摆旃成模型研究［Ｊ］．仪器仪表学报，２００尽。ｔ２６（８）：５３３—５３６．口］毕开波．飞行器制导与控制及其ＭＡＴＬＡＢ仿真技术［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００９．Ｈ］钱杏芳，林瑞雄，赵亚男．导弹飞行力学［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，２００８．口］宋丕极．枪炮与火箭外弹道学［Ｍ］．北京：兵器工业出版社，１９９３．图６攻角变化曲线口］李新国，方群．有翼导弹飞行动力学［Ｍ］．西安：西北工业大学出版社，２００５．从攻角变化曲线可以看出，在弹道初段，火箭弹速度Ⅱ］韩子鹏．弹箭外弹道学［Ｍ］．北京：北京理工大学出版较慢，攻角振荡严重，之后由于弹体本身的稳定性及控制社，２００８．系统的作用，攻角迅速收敛至零。陋］孙雅峰，王朝阳，黄芝平．仿真可信度研究［Ｊ］．电子测量技术，２００９，３２（１１）：８—１１．作者简介吕帅，硕士研究生，主要研究方向为弹药技术与保障。Ｅ＿ｍａｉｌ：ｌＶｓｈｕａｉ２０１１＠ｙｅａｈ．ｎｅｔ王金柱，副教授，硕士生导师，研究方向为弹药失效理论与检测技术。图７弹道倾角变化曲线万方数据中国科技核心期刊