技術(shù)特征:1.一種彈道規(guī)劃方法,其特征在于,包括以下步驟:
S1.建立助推滑翔導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)模型;
設(shè)地平面為一平面,導(dǎo)彈飛行側(cè)滑角為零,得到助推滑翔導(dǎo)彈三自由度動(dòng)力學(xué)計(jì)算方程:
其中,x1、x2、x3分別表示助推滑翔導(dǎo)彈在北東地坐標(biāo)系下沿三個(gè)坐標(biāo)軸的位置,V為導(dǎo)彈飛行速度,γ為彈道傾角,ψ為彈道偏角,g為重力加速度;
nx、ny、nz分別為彈道坐標(biāo)系下沿坐標(biāo)軸三個(gè)方向的過載:
其中,T為導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)推力,α為導(dǎo)彈飛行攻角,D為導(dǎo)彈飛行阻力,L為導(dǎo)彈飛行升力,Z為導(dǎo)彈飛行側(cè)向力,m為助推滑翔導(dǎo)彈的質(zhì)量;
T、α和m均為時(shí)間的函數(shù),通過插值或擬合后的公式求得:
T=T(t) (3)
α=α(t) (4)
m=m(t) (5)
速度系下導(dǎo)彈的阻力、升力、側(cè)向力為
其中ρ為大氣密度,S為特征面積,CD、CL、CZ分別為阻力系數(shù)、升力系數(shù)和側(cè)向力系數(shù),通過插值或擬合后的公式得到:
CD=CD(α,V,-x3) (9)
CL=CL(α,V,-x3) (10)
CZ=CZ(α,V,-x3) (11)
S2.約束條件建模
(1)駐點(diǎn)熱流密度
駐點(diǎn)熱流密度qws采用Kemp-Riddell公式計(jì)算:
式中
ρo=1.225(kg/m3);
vc=7900(m/s);
RN-駐點(diǎn)曲率半徑(m);
qws-駐點(diǎn)熱流密度(kW/m2);
hw-壁面焓值(kJ/kg);
hs-駐點(diǎn)焓值(kJ/kg);
qwsmax-最大駐點(diǎn)熱流密度(kW/m2);
ρ∞-來流密度;
v∞-來流速度;
(2)過載n
nx≤nxmax
ny≤nymax (13)
nz≤nzmax
其中nxmax、nymax、nzmax為助推滑翔導(dǎo)彈在彈道坐標(biāo)系下三個(gè)方向可承受的最大過載;
(3)動(dòng)壓q
qmax為助推滑翔導(dǎo)彈可承受的最大動(dòng)壓;
(4)控制量
當(dāng)僅考慮助推滑翔導(dǎo)彈縱平面運(yùn)動(dòng)時(shí),取導(dǎo)彈飛行攻角α為控制量,需要對其幅值進(jìn)行約束,如下:
αmin≤α≤αmax (15)
αmin為最小攻角,αmax為最大攻角;
(5)起始條件和終端約束
助推滑翔導(dǎo)彈的初始位置
和為給定的發(fā)射點(diǎn)坐標(biāo);
S3.虛擬域草圖快速生成方法;
S3.1助推滑翔導(dǎo)彈垂直上升段草圖生成方法
取發(fā)射點(diǎn)坐標(biāo)為原點(diǎn),即O(0,0,0),那么可通過控制點(diǎn)V0(0,0,V0z)來定義垂直上升段軌跡,其中V0z為控制點(diǎn)V0的z軸坐標(biāo),O和V0即為垂直上升段彈道的控制點(diǎn);
不失一般性,設(shè)τ∈[a,a+1),其中a=0,1,2,…,τ為虛擬域的自變量即虛擬域時(shí)間,那么在北東地坐標(biāo)系Oxyz下,虛擬域軌跡為:
其中x(τ)、y(τ)、z(τ)分別為北東地坐標(biāo)系Oxyz中x軸、y軸和z軸的坐標(biāo);
然后得到x(τ)、y(τ)、z(τ)在虛擬域的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù):
S3.2助推滑翔導(dǎo)彈轉(zhuǎn)彎及滑翔段草圖生成方法
助推滑翔導(dǎo)彈轉(zhuǎn)彎及滑翔段的草圖可通過C1連續(xù)曲線、C2連續(xù)曲線或者C3連續(xù)曲線生成;
S4.草圖交互虛擬域動(dòng)態(tài)逆彈道參數(shù)求解方法;
通過S3獲得一條完整曲線后,可將曲線表示成為只含有一個(gè)自變量的函數(shù)r(τ),以虛擬域時(shí)刻τ為自變量,τ的取值范圍是[0,n],其中n為曲線段數(shù);
假設(shè)有函數(shù)f(·),τ和t分別為虛擬域時(shí)刻和時(shí)域時(shí)刻,τ和t有數(shù)學(xué)關(guān)系:
在此定義
λ(τ)為虛擬速度,并約定表示f(·)在時(shí)域內(nèi)求導(dǎo),即f′(·)表示f(·)在虛擬域求導(dǎo),即
根據(jù)(34)、(35)兩式有:
進(jìn)而有:
確定虛擬域曲線r(τ)后,在τ的取值范圍取N個(gè)節(jié)點(diǎn)將虛擬域曲線r(τ)離散;若τ的取值范圍為[0,τf],則可通過如下方法獲得節(jié)點(diǎn)之間在虛擬域的時(shí)間間隔
每一個(gè)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的虛擬域時(shí)刻可表示為
τj=τj-1+Δτ,j=2,…,N (39)
其中N為偶數(shù);
助推滑翔導(dǎo)彈采用固體發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力,時(shí)間-質(zhì)量關(guān)系m(t)、時(shí)間-推力關(guān)系T(t)視為已知;首先求出當(dāng)前節(jié)點(diǎn)處虛擬域基本狀態(tài)xi、x′i、x″i(i=1,2,3),由r(τ)以及其一階、二階導(dǎo)數(shù)得到虛擬域基本狀態(tài),整理后結(jié)果形式如下:
當(dāng)τj-1∈[0,1)時(shí)r(τj-1)=r1(τj-1),當(dāng)τj-1∈[1,2]時(shí)r(τj-1)=r2(τj-1),其中xi,j-1表示虛擬域基本狀態(tài)xi在節(jié)點(diǎn)(j-1)處的值,即xi(τj-1);同樣的x′i,(j-1)表示虛擬域基本狀態(tài)x′i在節(jié)點(diǎn)(j-1)處的值,x″i,(j-1)表示虛擬域基本狀態(tài)x″i在節(jié)點(diǎn)(j-1)處的值;其中各節(jié)點(diǎn)處的狀態(tài)量和控制量的計(jì)算方法如下:
(1)彈道傾角
(2)彈道偏角
(3)彈道傾角虛擬域?qū)?shù)γ′j-1和彈道偏角虛擬域?qū)?shù)ψ′j-1
(4)y方向過載
(5)z方向過載
(6)大氣密度
hj-1=-x3,j-1 (47)
ρj-1=fair(hj-1) (48)
其中fair(hj-1)為大氣密度函數(shù);
(7)升力
采用攻角的一次函數(shù)表示升力系數(shù)即:
CL,j-1=l1αj-1+l2 (49)
那么升力
其中S為導(dǎo)彈特征面積,假設(shè)這一數(shù)值在飛行過程中不變;其中l(wèi)1和l2為擬合系數(shù);
(8)攻角
(9)阻力
其中
d1和d2為擬合系數(shù);
(8)速度的虛擬域?qū)?shù)
(9)下一節(jié)點(diǎn)處速度
Vj=Vj-1+g(nx,j-1-sinγj-1)/λj-1Δτ (56)
(10)節(jié)點(diǎn)(j-1)到節(jié)點(diǎn)j的飛行時(shí)間
(11)下一節(jié)點(diǎn)時(shí)域時(shí)刻
tj=tj-1+Δtj (58)
(12)Δt2的估計(jì)值
(13)λ1的估計(jì)值
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈道規(guī)劃方法,其特征在于,S3.2中助推滑翔導(dǎo)彈轉(zhuǎn)彎及滑翔段的草圖通過C1連續(xù)曲線生成的方法如下:
首先定義下列3個(gè)關(guān)于t的多項(xiàng)式為帶形狀參數(shù)λb和μb的三次調(diào)配函數(shù):
其中0≤λb,μb≤3;
然后給定二維或三維空間中3個(gè)控制頂點(diǎn)Vi(i=0,1,2),稱曲線r(t)為可調(diào)控的三次參數(shù)曲線:
r(t)=X0(t)V0+X1(t)V1+X2(t)V2,t∈[0,1] (20)
其中Xi(t)(i=0,1,2)為按式(19)定義的調(diào)配函數(shù);
或者,將上式(20)寫成矩陣形式為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈道規(guī)劃方法,其特征在于,S3.2中助推滑翔導(dǎo)彈轉(zhuǎn)彎及滑翔段的草圖通過C2連續(xù)曲線生成的方法如下:
給定一組控制點(diǎn)<V0,V1,…,Vn>,以其構(gòu)成控制切線多邊形,取重構(gòu)控制點(diǎn):
式(22)中λci為切點(diǎn)控制參數(shù),且0<λci<1;
那么由重構(gòu)控制點(diǎn)b0,b1,…,b2n構(gòu)成的曲線為:
其中αc為調(diào)節(jié)參數(shù),且0≤αc≤π;B0(t),B1(t),B2(t),B3(t)為C-B樣條基函數(shù),分別定義如下:
其中C=cosαc,S=sinαc;
或者,將C2連續(xù)的C-B樣條曲線寫成矩陣形式為:
其中i=0,1,…,2n。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈道規(guī)劃方法,其特征在于,S3.2中助推滑翔導(dǎo)彈轉(zhuǎn)彎及滑翔段的草圖通過C3連續(xù)曲線生成的方法如下:
給定一組控制點(diǎn)<V0,V1,…,Vn>,以其構(gòu)成控制多邊形,構(gòu)造邊矢量:
ai=Vi-Vi-1,i=1,2,…,n (27)
則可計(jì)算控制多邊形每個(gè)頂點(diǎn)處的切矢量
令
及
取重構(gòu)控制點(diǎn)
其中λi為控制調(diào)節(jié)參數(shù),且0<λi<1;
那么由重構(gòu)控制點(diǎn)可構(gòu)成四次B樣條曲線
其中