【摘 要】現(xiàn)代飛行器的設(shè)計(jì)日益追求高速度、超機(jī)動(dòng)性和敏捷性，使得現(xiàn)代飛行器越來越呈現(xiàn)出高速度、輕結(jié)構(gòu)、大柔性和低阻尼的特點(diǎn)。對(duì)于導(dǎo)彈或者火箭來說，它們的射程和載重量任務(wù)要求它們具有大質(zhì)量，且長(zhǎng)細(xì)比越來越大，因此彈性低階頻率也越來越低，彈性變形和彈性振動(dòng)對(duì)導(dǎo)彈彈道仿真的影響不能再忽略。本文發(fā)展了一種將飛行力學(xué)與氣動(dòng)彈性力學(xué)相結(jié)合的飛行仿真工具，建立了剛性導(dǎo)彈和彈性導(dǎo)彈的全彈道打靶仿真模型，在Matlab/Simulink平臺(tái)下搭建各模塊，用于研究彈性導(dǎo)彈全彈道仿真過程中的運(yùn)動(dòng)參數(shù)響應(yīng)。

【關(guān)鍵詞】彈性變形；彈道仿真；Matlab/Simulink；運(yùn)動(dòng)參數(shù)響應(yīng)

0 引言

現(xiàn)代飛行器的設(shè)計(jì)日益追求高速度、超機(jī)動(dòng)性和敏捷性，使得現(xiàn)代飛行器越來越呈現(xiàn)出高速度、輕結(jié)構(gòu)、大柔性和低阻尼的特點(diǎn)[1]。對(duì)于細(xì)長(zhǎng)體的導(dǎo)彈來說，其彈性低階頻率也越來越低，彈性自由度與剛體自由度之間的耦合效應(yīng)就不能忽略了。

本文搭建了導(dǎo)彈-目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)模塊、導(dǎo)引頭模塊、制導(dǎo)律模塊、彈性飛行器運(yùn)動(dòng)模塊[2]、大氣參數(shù)模塊以及控制律模塊。采用比例導(dǎo)引法制導(dǎo)律，在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下進(jìn)行全彈道打擊目標(biāo)仿真，設(shè)計(jì)編寫導(dǎo)彈全彈道仿真過程的程序。與剛性導(dǎo)彈全彈道打靶仿真進(jìn)行對(duì)比，由此討論結(jié)構(gòu)彈性對(duì)飛行性能的影響。

1 全彈道仿真模塊搭建

在Matlab/Simulink平臺(tái)下搭建各模塊，導(dǎo)引律采用經(jīng)典的比例導(dǎo)引法，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)假設(shè)為定直平飛。圖1為導(dǎo)彈制導(dǎo)/運(yùn)動(dòng)學(xué)回路，清晰地說明全彈道仿真流程。

（1）比例導(dǎo)引法

（3）目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型

目標(biāo)在鉛垂平面內(nèi)做定直平飛運(yùn)動(dòng)，飛行速度為VT=150m/s，在t=0的時(shí)刻從（3000m，2000m）的位置開始向-x方向運(yùn)動(dòng)。

（4）導(dǎo)彈控制律

控制律框圖如圖2所示。

2 仿真及仿真結(jié)果

全彈道仿真在Matlab/Simulink環(huán)境[4-5]下進(jìn)行，Simulink仿真框圖如圖3所示，本文中將控制系統(tǒng)、舵機(jī)和彈體運(yùn)動(dòng)方程封裝在了一個(gè)模塊里。仿真時(shí)，當(dāng)導(dǎo)彈與目標(biāo)之間的接近速度Vc<0時(shí)，認(rèn)為導(dǎo)彈與目標(biāo)遭遇，仿真結(jié)束。

剛性導(dǎo)彈與彈性導(dǎo)彈的仿真對(duì)比結(jié)果如圖4所示。

從剛性導(dǎo)彈與彈性導(dǎo)彈全彈道仿真的參數(shù)對(duì)比圖上可以看出二者的飛行軌跡、攻角、俯仰角這些響應(yīng)曲線差別并不大，而舵偏角曲線呈現(xiàn)出明顯的不同。在整個(gè)彈道仿真過程中，彈性導(dǎo)彈的舵偏角變化最大達(dá)到-14°，是剛性導(dǎo)彈的兩倍。這與實(shí)際工程型號(hào)打靶時(shí)情況相符。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]