呂夢(mèng)圓 朱博點(diǎn) 張?chǎng)翁?/p>

摘 要： 本文建立了三自由度導(dǎo)彈空間軌道數(shù)學(xué)模型，基于Simulink完成了該模型下的模塊化制導(dǎo)系統(tǒng)的搭建，并以某型地對(duì)地導(dǎo)彈為仿真對(duì)象，對(duì)其打擊過程進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞： 三自由度模型；制導(dǎo)系統(tǒng)； 動(dòng)態(tài)仿真；模塊化設(shè)計(jì)

1 引言

在當(dāng)今的武器系統(tǒng)研發(fā)與實(shí)驗(yàn)過程中，故利用仿真技術(shù)來加速設(shè)計(jì)流程，降低設(shè)計(jì)成本已經(jīng)成為一項(xiàng)重要的手段。而MATLAB/Simulink是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模擬建模、仿真的一個(gè)集成環(huán)境，可以較好契合此法中的各項(xiàng)要求。

2 制導(dǎo)系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)思想

根據(jù)一般設(shè)計(jì)流程，其模塊化設(shè)計(jì)可分為三步：（1）根據(jù)制導(dǎo)系統(tǒng)的任務(wù)及功能，將其劃分為若干個(gè)模塊，并確定各模塊間交互的信息流；（2）搭建各模塊具體內(nèi)容；（3）模塊封裝，閉合回路。

本文中，我將該系統(tǒng)劃分為五個(gè)模塊水平向運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊、豎直向運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊、初始參數(shù)計(jì)算模塊、環(huán)境計(jì)算模塊與中間參量計(jì)算模塊。前兩個(gè)模塊即計(jì)算導(dǎo)彈飛行過程中兩個(gè)垂直方向上的運(yùn)動(dòng)學(xué)參量；初始參數(shù)計(jì)算模塊則賦給了該系統(tǒng)導(dǎo)彈的特性參數(shù)與發(fā)射參數(shù)；環(huán)境參數(shù)計(jì)算模塊則是計(jì)算由導(dǎo)彈飛行高度和飛行速度的變化而造成的氣動(dòng)升力系數(shù)、氣動(dòng)阻力系數(shù)、重力加速度等在一定導(dǎo)彈型號(hào)下與外界環(huán)境有關(guān)的參數(shù)；中間參數(shù)計(jì)算模塊則用于一些標(biāo)志性變量的計(jì)算。

3 各模塊化具體內(nèi)容與仿真結(jié)果

由于本文的目的重點(diǎn)在于仿真制導(dǎo)系統(tǒng)的搭建與分析，而不是對(duì)于導(dǎo)彈飛行過程本身的研究，所以為了盡可能少的牽扯到一些諸如《導(dǎo)彈飛行動(dòng)力學(xué)》等較為專業(yè)的知識(shí)，以下模塊多對(duì)其飛行狀態(tài)進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化。

3.1 水平向運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊

本模塊的設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)質(zhì)上可認(rèn)為是有阻力與推力的斜拋運(yùn)動(dòng)。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)顯示，由于導(dǎo)彈的飛行時(shí)速度多大于2.5Mach，故認(rèn)為導(dǎo)彈飛行全程空氣阻力與速度的平方成正比，且阻力系數(shù)恒定。對(duì)于推力，設(shè)計(jì)時(shí)考慮到助推器的存在與導(dǎo)彈姿態(tài)調(diào)整的需要，故將力的大小分為三階，每一階的力均為定值，同時(shí)設(shè)定導(dǎo)彈俯仰角控制函數(shù)。

3.2 豎直向運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊

豎直向模塊的設(shè)計(jì)與水平向設(shè)計(jì)相仿，只不過運(yùn)動(dòng)時(shí)要考慮重力，即環(huán)境參數(shù)變化所造成的影響。同時(shí)為了使導(dǎo)彈更加難以攔截，需要對(duì)導(dǎo)彈的水平與豎直方向上施加額外的姿態(tài)調(diào)整的力，具體表現(xiàn)為若干個(gè)時(shí)變函數(shù)。

3.3 初始參數(shù)計(jì)算模塊

該模塊主要是定義兩類參數(shù)：一類是由指定的導(dǎo)彈型號(hào)可以得出的確定不變的參數(shù)，如導(dǎo)彈本體質(zhì)量、導(dǎo)彈質(zhì)量流量、風(fēng)阻系數(shù)等；另一類是導(dǎo)彈在發(fā)射與飛行時(shí)的可變參數(shù)，如各階推力、脫離飛行器時(shí)間、姿態(tài)角調(diào)整函數(shù)等等。

3.4 環(huán)境參數(shù)計(jì)算模塊

本文雖然為了該制導(dǎo)系統(tǒng)搭建的簡(jiǎn)明性，只選取了重力加速度參數(shù)。一些復(fù)雜的環(huán)境參數(shù)，如高空氣壓，湍流等的添加與重力加速度參數(shù)的添加并沒有太大的區(qū)別。

3.5 中間參數(shù)計(jì)算模塊

此模塊則在于一些中間變量的計(jì)算。在本文中，該模塊便計(jì)算了導(dǎo)彈飛行時(shí)離地15Km時(shí)的飛行時(shí)間，并將其作為導(dǎo)彈飛行參數(shù)改變的時(shí)間點(diǎn)輸送到其它模塊。

參考文獻(xiàn)

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