基于Matlab的光纤放线姿态的仿真研究(3)
图3.IDAS导弹示意图
我国在1990年开始研究光纤制导技术，兵总、中船总等单位相继开展了光纤制导导弹以及光纤制导鱼雷的研究工作。经过多年研制，我国的光纤制导技术取得了长足进步，在光纤双向传输技术、光纤制导系统总体技术、光纤缠绕与释放技术等方面已经取得了一系列科研成果。我国在“九五”期间已完成3km光纤制导导弹演示验证；“十五”期间开展射程为15km以上，飞行速度达300m/s的光纤制导导弹的研制，并将很快进入型号研究阶段。
1.3 本文主要完成的工作
本文主要在理论与仿真两个方面对光纤放线运动姿态进行讨论与分析。
1）调研了国际上知名光纤制导导弹的历史发展及现状，了解其相关特性；
2）从理论上研究光纤缠绕、放线过程，在对光纤运动的姿态方程理解的基础上运用Matlab进行仿真建模；
3）对高速摄像机拍摄得到的图片进行图像处理，提取出光纤运动的轨迹，与仿真结果进行比较，验证光纤运动姿态方程的正确性。
2 光纤放线
2.1 光纤缠绕
光纤缠绕是光纤制导导弹中的一项十分重要的技术，这是由于光纤的缠绕质量会影响到导弹的飞行射程与速度，还决定着光纤信号传输的质量及线包存放时间等特性。
制导光纤与一般的通信光纤不同，光缆中只有一根光纤，它除了像通信光纤一样具有纤芯和包层外，还要经一次涂覆和二次涂覆，以起到隔离的作用，减小外界环境（温度、适度、尘埃）对光纤特性的影响，增加光纤的抗拉、抗弯、抗疲劳等机械特性，从而形成特质的高强度光纤 。制导光纤要能承受导弹发射和放线过程中的摩擦力，因此在高强度光纤外面增加了增强层和绕包层，其中增强层选用与石英纤芯的机械性能相匹配的材料如芳纶，绕包层选用蚕丝。
光纤缠绕的特点有 ：
1）光纤表面摩擦系数小，光滑的表面导致缠绕过程中绕层容易滑落；
2）光纤性质较脆，涂层能提高光纤强度，缠绕中要保证光纤走向流畅；
3）光纤因挤压容易使光纤产生形变，增大传输损耗，因此对匝间间隙控制要求较高；
4）光纤制导导弹因其长期存放，导致光纤老化产生裂纹，增大传输损耗，严重的甚至导致报废。
根据这些特点，光纤缠绕采用精密缠绕方法。该方法所用的线轴带有一点斜度，使光纤从其小端更容易地缠绕，光纤缠绕在锥形圆柱体上形成一轴向层，然后以相反的轴向绕下一层，匝和匝之间互相紧挨着，通过这种方式直至整个线包缠绕完成。一个具有高密度、高稳定性、低附加损耗的具有可靠放线状态的光纤线包就缠绕完成了。
由于导弹在发射过程中会产生很强的冲击，因此要求光纤绕组整体结构牢固坚实，所以每当缠绕后面一层时，后续层必须在前层基础上缩进一定的匝数，这就是线包成纺锥形的原因 ，图4即为纺锥形的线包。
图4.纺锥形的线包
2.2 坐标系的确立
在参照系中，为确定空间一点的位置，按规定方法选取的有次序的一组数据，这就叫做“坐标”。在某一问题中规定坐标的方法，就是该问题所用的坐标系。坐标系作为矢量分析的空间参照，为数值描述提供了基准。坐标系的种类有很多，常用的坐标系有：笛卡尔直角坐标系、平面极坐标系、柱面坐标系和球面坐标系等。虽然物理的客观真实性不会因为坐标系的不同而发生变化，但选择合适的坐标系，往往能方便地描述一些位置和方向关系并简化数学表达式，这将简化某些分析与计算从而有利于构建清晰的思文过程。