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制导炸弹在俯仰平面的控制与制导Matlab仿真(2)
导弹与普通武器的根本区别在于它具有制导系统,制导系统的基本任务是确定导弹与目标的相对位置,操纵导弹飞行,在一定的准确度下,引导导弹沿预订的弹道飞向目标。导弹命中目标的概率主要取决于制导系统的工作,所以制导系统在整个导弹系统中占有极重要的低位[2]。
目前,我国库存的各类航空炸弹都是无控的,其轰炸精度较低,而且只能采用中低空轰炸。在未来的作战中,由于我方不可能拥有绝对的制空权,敌方也不可能完全丧失防空能力,使用这些常规弹临空轰炸将十分困难。
为适应现代化战争的需要,立足于现有装备,提高精确打击能力,拟将某低阻常规炸弹以较低成本改装成制导炸弹,使对地攻击模式由临空轰炸变为高空投弹,则一般可避开近程地空导弹、单兵地空导弹、高炮和高射机枪的打击,在保持原低空轰炸精度的前提下,大大降低飞机的战损率,提高部队的持续作战能力和轰炸效果。
1.2 国外制导炸弹发展的历史、现状及趋势
1.3 本课题的科研任务
本课题的主要任务是根据具体的气动参数,分析和设计制导炸弹在俯仰平面控制和制导系统,并对其参数进行分析和调试,最后编写Matlab程序进行全弹道数字仿真验证。通过对有关理论以及实际问题的研究,掌握飞行控制和制导系统分析和设计的基本方法,并在完成毕业设计的过程中锻炼综合分析和动手能力,了解科研的一般过程,培养创新意识。
本课题具体设计要求有:
1. 学习飞行力学、飞行控制系统和制导系统和Matlab编程的相关知识;
2. 对制导炸弹俯仰平面控制和制导系统的结构进行分析和选型;
3. 根据具体的气动参数和投弹条件, 设计控制和制导系统的参数,并对控制系统和制导弹道的特性进行分析;
4. 编写Matlab全弹道数字仿真程序。
2 简易制导炸弹控制系统模型
2.1 简易制导炸弹的运动模型
空间吹冰自由度运动方程组是表征简易制导炸弹运动规律的
数学
模型,是描述制导炸弹力、力矩与运动参数(如加速度、速度、位置、姿态等)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。由于本设计主要研究制导炸弹在俯仰平面内的飞行控制,故将导弹运动规律简化,得到式2.1的简化方程:
(2.1)
这是一组非线性的常微分方程,7个方程中包含7个未知数,所以方程组是封闭的,
给定初始条件后,用数值积分法可以解得有控弹道及其相应的7个参数的变化规律。
设 表示地面坐标系、 表示弹体坐标系、 表示弹道坐标系, 表示速度坐标系,式(2.1)中运动参量的含义分别为:
——制导炸弹质量;
——炸弹质心加速度沿弹道切向(轴)的投影,称切向加速度。
——制导炸弹飞行速度矢量;
——作用在弹上的总空气动力沿速度坐标系分解得到的阻力、升力;
——弹道倾角,即炸弹的速度矢量(轴)与水平平面间的夹角;
——制导炸弹绕弹体坐标系轴的转动惯量;
z——制导炸弹分别绕弹体坐标系轴的角速度;
——俯仰力矩;
——制导炸弹质心相对于地面坐标系Oxyz的位置坐标;
——俯仰角,即炸弹的纵轴(轴)与水平面(Oxy平面)间的夹角;
——飞行攻角,即炸弹质心的速度矢量(轴)在弹体纵向对称面上的投影与轴之间的夹角,若轴位于速度矢量的投影线的上方时为正,反之为负;
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