Построение и анализ траекторий крылатых ла. № варианта задания




Скачать 169.9 Kb.
НазваниеПостроение и анализ траекторий крылатых ла. № варианта задания
Горбатенко С А
Дата конвертации09.02.2016
Размер169.9 Kb.
ТипКурсовая
источникhttp://aerokos.ru/Kursovaya_d_p.doc


Московский авиационный институт

(государственный технический университет)


Кафедра № 604


Курсовая работа

по дисциплине “Динамика полёта”


Тема: построение и анализ траекторий крылатых ЛА.


варианта задания:

Выполнил:

студент группы 06-401, .


Проверил:

профессор, д.т.н., Горбатенко С.А.


Москва 2008

Реферат

Отчет 18 с., 2 источника

ТРАЕКТОРИЯ НАВЕДЕНИЯ ЛА, МЕТОД ПРЯМОГО НАВЕДЕНИЯ, МЕТОД ПОГОНИ, КОМБИНАЦИЯ МЕТОДОВ, MATLAB, НОРМАЛЬНАЯ ПЕРЕГРУЗКА, МАНЕВРЫ ЦЕЛИ, НАЧАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ.

Объект исследования: траектория наведения крылатого ЛА.

Цель исследования: построение траекторий наведения ЛА в соответствии с начальными условиями его движения, методом наведения и характером движения цели, анализ полученных результатов.


В работе было проведено исследование траектории наведения крылатого ЛА на цель.

Были проанализированы, исходя из допустимой нормальной перегрузки, методы наведения: прямого наведения и погони, составлена комбинация методов, с точки зрения минимума нормальной перегрузки, для её дальнейшего исследования. Для оценки противоракетных маневров было введено маневрирование цели с изменением её скорости полёта и углом наклона траектории. Определены граничные условия при которых возможен перехват с учётом допустимых нормальных перегрузках. Определен интервал начальных условий пуска ЛА, при котором также возможен перехват цели. Проанализирован характер траектории наведения при различных ситуациях. Данные задачи решались в среде разработки MatLab, создана имитационная модель расчёта траекторий наведения ЛА на цель двумя различными методами при определенных предположениях и допущениях.


Содержание

Введение………………………………………………………………………………………………….4

1 Построение и анализ траекторий наведения крылатых ЛА…………………………………..……5

1.1 Постановка задачи..…………………………………………………………...…………….……....5
1.2 Описание применяемых методов………..………………………………………………….…......6
1.3 Описание применяемых маневров цели…..…………………………………………………..…..7

1.4 Алгоритм решения задачи…………… …………………………………………………………...7

1.7 Анализ результатов численных исследований………………………………………………...….8

2 Выводы по работе…………………………………………………………………………………....16

Список использованных источников……………………………………………………………….....17

Приложение А Листинг программы………………………………………………………………..…17


Введение

Изучение возможных методов наведения и соответствующих им траекторий полёта летательных аппаратов является необходимой составной частью процесса проектирования системы наведения в целом и относится, как правило, к ранним по времени этапам проектирования. Результаты такого исследования позволяют оценить свойства требуемых траекторий и сделать предварительный выбор приемлемых методов наведения, а также сформировать требования к динамическим свойствам ЛА. Под системой наведения подразумевается комплекс технических устройств, обеспечивающих непрерывное сближение и встречу ЛА с маневрирующей воздушной целью. Основной задачей этапа наведения, т.е. управляемого полёта по траектории, определяемой методом наведения, является обеспечение перемещения ЛА с заданной тонностью в точку встречи, т.е. в такую точку пространства, куда ЛА и цель приходят одновременно. Необходимо учитывать, что метод наведения определяет не только характер траектории ЛА и, следовательно, потребные перегрузки, но и функциональную схему системы наведения и состав аппаратуры, необходимый для ее реализации. Поэтому метод наведения должен выбираться при анализе начальных условий пуска ЛА, маневренных возможностей ЛА и цели, возможных массовых и габаритных характеристиках аппаратуры системы управления.

В данной курсовой работе рассматривается построение траекторий наведения ЛА в соответствии с начальными условиями его движения, методом наведения и характером движения цели. Проводится анализ полученных траекторий.

При этом вводится ряд предположений и допущений:

  • - известен закон движения центра масс цели,

  • - наведение считается плоским, в этом случае траектории ЛА – плоские кривые.

  • - описание движения ЛА основывается на кинематическом методе, т.е. задан закон изменения по времени скорости движения центра масс ЛА, в нашем случае скорость ЛА постоянна, при этом, исходя из необходимости замкнутости системы уравнений ЛА и цели, возможно введение уравнения динамики.

  • - форма и вращение Земли не учитывается, т.е. поверхность Земли считается плоской и неподвижной,

  • - не учитываются любые возможные возмущения, т.е. в любой момент времени ЛА находится на траектории, строго соответствующий принятому методу наведения,

  • - ЛА рассматривается как абсолютно жесткое тело с заданными аэродинамическими, геометрическими и массовыми характеристиками.

  • - при использовании комбинации методов переключение с метода на метод происходит мгновенно


Основными задачами исследования являются:

  • - построение траектории наведения ЛА методом прямого наведения и погони,

  • - исследование зависимости нормальной перегрузки от выбранного метода,

  • - подбор комбинации имеющихся методов, при которой нормальная перегрузка ЛА находится в допустимых пределах и минимальна, время поражения минимально.

  • - оценка эффективности противоракетных маневров цели,

  • - определение области возможных начальных условий пуска ЛА.

Для этого в среде разработки MatLab составляется имитационная модель расчёта траекторий наведения ЛА на цель и производятся все необходимые вычисления.


1. Построение и анализ траекторий наведения крылатых ЛА


    1. Постановка задачи

Цель исследования: построение траекторий наведения ЛА в соответствии с начальными условиями его движения, методом наведения и характером движения цели, анализ полученных результатов.

Дано:

Параметры ЛА:

Параметры цели:

Плотность воздуха .

Методы наведения:

  1. метод прямого наведения (наведение с нулевым углом пеленга),

  2. метод погони;


Основными задачами исследования являются:

  • - построение траектории наведения ЛА методом прямого наведения и погони,

  • - исследование зависимости нормальной перегрузки от выбранного метода,

  • - подбор комбинации имеющихся методов, при которой нормальная перегрузка ЛА находится в допустимых пределах и минимальна, время поражения минимально.

  • - оценка эффективности противоракетных маневров цели,

  • - определение области возможных начальных условий пуска ЛА.

Нормальная перегрузка вычисляется в соответствии с формулой:


    1. Описание применяемых методов наведения

Метод прямого наведения: в этом случае угол пеленга .

Идеальная связь записывается в виде: (ось аппарата направлена на цель)

Замкнутая система уравнений имеет вид:

,

,

,

,

,

.

Реализация метода является сравнительно простой, т.к. требования метода предъявляются к углу пеленга, т.е. к положению линии визирования по отношению к продольной оси ЛА. Таким образом система координат, в которой формируется положение цели, является связанной, а сама ГСН жестко связана с продольной осью ЛА. Метод прямого наведения применяется обычно по малоподвижным или неподвижным целям при больших начальных дальностях.


Метод погони: в соответствии с определением метода вектор скорости ЛА всегда направлен на цель, т.е. касательная к траектории совпадает с линией визирования цели (). Уравнения идеальной связи могут быть представлены в виде .

Замкнутая система уравнений:

,

,

,

,

.

Особенностью данного метода является, что ракета настигает цель, обязательно заходя в хвост цели, при этом траектория ракеты касательна к траектории цели. Траектория ЛА будет прямолинейна в двух случаях: при пуске ЛА точно вдогон цели или точно навстречу цели. Метод погони дает приемлемые по точности результаты лишь при атаке малоподвижных или неподвижных целей или при атаке скоростных целей в задней полусфере (при стрельбе вдогон).


    1. Описание применяемых маневров цели

- в момент начала наведения (при t=t0) цель движется равномерно, с некоторым углом наклона траектории;

- по мере развития наведения в момент достижения r=r1 между ЛА и целью цель начинает противоракетный маневр, двигаясь с заданным линейным ускорением ц(t);

- по мере развития наведения в момент достижения r=r2 между ЛА и целью цель начинает противоракетный маневр, двигаясь с постоянной скоростью с заданным изменением угла наклона траектории ц(t);

- по мере развития наведения в момент достижения r=r3 между ЛА и целью цель начинает противоракетный маневр, двигаясь одновременно с переменной скоростью Vц(t)=Vц(t0)+ц(t)t и переменным наклоном траектории ц(t)=ц(t0)+ц(t)t.

Параметры противоракетного маневра цели r1, r2, r3, ц(t) и ц(t) варьируются самостоятельно. При этом рекомендуемый диапазон изменения величин ц(t) и ц(t) следующий:

ц(t)=

ц(t)= .

    1. А
      Построение траекторий наведения ЛА
      лгоритм решения задачи





Метод прямого наведения

Метод погони


Вычисление нормальной перегрузки






Комбинация данных методов с условием минимума нормальной перегрузки







Введение маневров цели и определение граничных значений при которых возможен перехват




Варьирование начальными условиями пуска ЛА и определение граничных значений при которых возможен перехват





Выводы


    1. Анализ результатов численных исследований

  1. Построим траектории наведения ЛА на неманеврирующую цель двумя методами:






цель

ЛА
Метод прямого наведения:


40.2840, Время перехвата 84.90 сек.

Нормальная перегрузка ЛА больше допустимой и имеет резкие скачки.




цель
Метод погони:




ЛА


39.668, Время перехвата 31.70 сек.

Нормальная перегрузка ЛА больше допустимой и имеет максимальное значение при минимальном расстоянии ЛА и цели.

Из полученных результатов видим, что не один из имеющихся в нашем распоряжении методов по одиночке не позволяет произвести сближение ЛА и цели с допустимой нормальной перегрузкой.

ЛА



  1. Воспользуемся комбинацией методов, начальное расстояние между ЛА и целью 30414м.

Применим следующую последовательность: Метод погони – Метод прямого наведения

Пусть расстояние на котором происходит переключение равно r=10000м, время t=21,35сек


цель

ЛА


40.3680. Время перехвата равно 85.00 сек.

Возьмем расстояние r=1000м, время t=30,95сек


ЛА

цель


2.368. Время перехвата равно 31.700 сек.

Выберем расстояние на котором происходит переключение с помощью итерационного процесса, критерием остановки – минимальная перегрузка, в результате было получено: r=700м, t=31,35сек


ЛА

цель


0.965. Время перехвата равно 31.700 сек.

Поменяем последовательность методов: Метод прямого наведения - Метод погони.

Пусть r=6500м, t=25,25сек


ЛА

цель


41.189 . Время перехвата равно 31.70 сек.

Возьмем r=21000м, t=9,8сек


ЛА

цель


38.745. Время перехвата равно 31.70 сек.

После итерационного процесса получаем r=11000м, t=20,35сек


ЛА

цель


36.5613. Время перехвата равно 31.70 сек.

Из анализа полученных траекторий наведения при использовании комбинации методов, однозначно выбираем комбинацию Метод погони – Метод прямого наведения, т.к. ей соответствует минимальное значение нормальной перегрузки.


  1. Зададимся условием, что цель совершает противоракетные маневры, причём

В момент времени, когда расстояние между ЛА и целью становится меньше 10000 метров происходит первый противоракетный маневр – цель начинает ускоряться,

При r=9500 метров начинает изменяться угол наклона траектории,

При r=500 метров цель ускоряется с изменением угла наклона к траектории.

-


цель

ЛА


28.13. Время перехвата равно 61.60 сек.

При данном маневре цели резко возросло время перехвата цели, и увеличилось значение

Зададимся значениями - максимальное значение скорости изменения угла


ЛА

цель


5.53. Время перехвата равно 31.80 сек.

Как видно из результатов данный маневр является малоэффективным.

Зададимся значениями


цель

ЛА


ЛА не может догнать цель.

Зададимся такими маневрами, при которых ещё возможен перехват:


ЛА

цель



При исследовании различных маневров, можно сделать следующий вывод: изменение угла наклона траекторий цели является малоэффективным противоракетным маневром, ускорение цели, даже при малых значениях, напротив позволяет исключить попадания ЛА в цель.



  1. Изменим начальные условия пуска ЛА и выясним допустимые начальные условия, при которых перегрузка ЛА в пределах допустимых значений и осуществляется перехват.

Изменяя начальную высоту пуска при x=0, ЛА были получены следующие результаты:


h, км

0-2.3

2.3-19

19-23

23-28.5

28.5-∞



<20

<20

>20

<20

<20

перехват

-

+

+

+

-


Графически данные результаты выглядят следующим образом:

h=1.5км


ЛА

цель


h=15км


ЛА

цель



h=20км


ЛА

цель


h=25км


ЛА

цель


h=29км


цель

ЛА



Варьируя значение x, при h=0 км., были получены следующие результаты

x, км

∞ - (-30)

-30 – (-15)

(-15) –13



>20

<20

>20

перехват

-

+

+


X=-50км


ЛА

цель


X=-20 км


цель

ЛА


X=10км


ЛА

цель


2 Выводы по работе



  1. Была разработана имитационная модель расчёта траектории наведения крылатого ЛА в среде разработки Matlab. Проанализированы два метода наведения: погони и прямого наведения с точки зрения нормальной перегрузки ЛА, сделан вывод о их непригодности в использовании по отдельности и составлена комбинация из данных методов, которая дает минимальное значение нормальной перегрузки: метод погони - метод прямого наведения.




  1. Проведено исследование влияния противоракетных маневров цели на характер траектории наведения ЛА: наиболее эффективным является маневр, при котором цель летит с ускорением, получены граничные значения маневров, при которых ещё возможен перехват цели: .




  1. Получены начальные условия пуска при которых выполняется перехват и нормальные перегрузки ЛА меньше предельных.


x, км

∞ - (-30)

-30 – (-15)

(-15) –13



>20

<20

>20

перехват

-

+

+

h, км

0-2.3

2.3-19

19-23

23-28.5

28.5-∞



<20

<20

>20

<20

<20

перехват

-

+

+

+

-



Список использованных источников

1.Конспект лекции по дисциплине «Динамике полёта», 7 семестр; преподаватель Горбатенко С.А.

2. Учебное пособие для выполнения курсовой работы по дисциплине «Динамика полета». ч. 1.


Приложение А

clc;clear;

%Перехватчик

v=600;

h=15000;

x=0;

m=540;

Pt=500;

Cy=4;

ro=0.0978;

%Цель

vc=370;

xc=30000;

yc=20000;

tettac=-160*3.14/180;

vtettac=0.25*pi/180;

vtc=10;

%Параметры

fi=atan(abs((yc-h))/abs((xc-x)));

r=sqrt((xc-x)^2+(yc-h)^2);

g=9.8;

tetta=atan((yc-h)/(xc-x));

al=0*3.14/180;

ksi=0;

dt=0.1;

t=[0:dt:300];

r1=10000;

r2=9500;

r3=500;

Ya=(Cy*ro*v^2)/2;

for i=1:length(t)

if r(i)<=700


% первый метод

r(i+1)=r(i)+(-v*cos(fi(i)-tetta(i))+vc(i)*cos(fi(i)-tettac(i)))*dt;

fi(i+1)=fi(i)+(v*sin(fi(i)-tetta(i))-vc(i)*sin(fi(i)-tettac(i)))/r(i)*dt;

al(i+1)=fi(i)-ksi-tetta(i);

tetta(i+1)=tetta(i)+(al(i))*(Pt+Ya)/(m*v)*dt;

h(i+1)=h(i)+v*sin(tetta(i))*dt;

x(i+1)=x(i)+v*cos(tetta(i))*dt;

vtetta(i+1)=(tetta(i+1)-tetta(i))/dt;

else

%второй метод

r(i+1)=r(i)+(-v*cos(fi(i)-tetta(i))+vc(i)*cos(fi(i)-tettac(i)))*dt;

fi(i+1)=fi(i)+(v*sin(fi(i)-tetta(i))-vc(i)*sin(fi(i)-tettac(i)))/r(i)*dt;

tetta(i+1)=fi(i)-al(i);

al(i+1)=al(i)/1.04;

h(i+1)=h(i)+v*sin(tetta(i))*dt;

x(i+1)=x(i)+v*cos(tetta(i))*dt;

vtetta(i+1)=(tetta(i+1)-tetta(i))/dt;

end

%первый режим движения цели

if (r(i)>=r1)

tettac(i+1)=tettac(i);

vc(i+1)=vc(i)+vtc*dt;

xc(i+1)=xc(i)+vc(i+1)*cos(tettac(i))*dt;

yc(i+1)=yc(i)+vc(i+1)*sin(tettac(i))*dt;

end

%второй режим движения цели

if (r(i)r2)

tettac(i+1)=tettac(i);

vc(i+1)=vc(i)+vtc*dt;

xc(i+1)=xc(i)+vc(i+1)*cos(tettac(i))*dt;

yc(i+1)=yc(i)+vc(i+1)*sin(tettac(i))*dt;

end

% третий режим движения цели

if (r(i)<=r2 & r(i)>r3)

tettac(i+1)=tettac(i)+vtettac*dt;

vc(i+1)=vc(i);

xc(i+1)=xc(i)+vc(i+1)*cos(tettac(i))*dt;

yc(i+1)=yc(i)+vc(i+1)*sin(tettac(i))*dt;

end

% четвертый режим движения цели

if (r(i)<=r3 )

tettac(i+1)=tettac(i)+vtettac*dt;

vc(i+1)=vc(i)+vtc*dt;

xc(i+1)=xc(i)+vc(i+1)*cos(tettac(i))*dt;

yc(i+1)=yc(i)+vc(i+1)*sin(tettac(i))*dt;

end

if r(i)<=300

tkon=t(i);

rk=r(i);

fprintf('вpeмя перехвата: %4.4f \n\n',tkon);

break

end

k(i)=i;

ny(i)=abs((v*vtetta(i))/g+cos(tetta(i)));

nyc(i)=abs((vc(i)*vtettac)/g+cos(tettac(i)));

end

figure(1)

plot(k/10,ny), grid on

xlabel('t, секунды')

ylabel('ny')

title('Перегрузка')

figure(2)

plot(xc,yc,x,h),grid on ,hold on

xlabel('X, метры')

ylabel('Y, метры')

title('Траектории ЛА и цели')

max(ny)

figure(3)

plot(nyc)




Похожие:

Построение и анализ траекторий крылатых ла. № варианта задания iconЛабораторная работа №2. (6 часов) Тема № Системы управления базами данных
Задание: На лабораторных занятиях выполняется примерный вариант задания. На самостоятельную работу планируется выполнение индивидуального...
Построение и анализ траекторий крылатых ла. № варианта задания iconТема Анализ предметной области ис. Разработка технического задания
Для предметной области, определенной вариантом задания разработать Техническое задание в соответствии с гостом еспд (серия 19)
Построение и анализ траекторий крылатых ла. № варианта задания iconКомпьютерная грамматика русского языка
Анализ текста естественным образом разбивается на три этапа: анализ отдельного слова, анализ предложения и анализ связного текста....
Построение и анализ траекторий крылатых ла. № варианта задания iconПрограмма вступительных экзаменов по специальной дисциплине, соответствующей профилю «Вещественный, комплексный и функциональный анализ»
В основу программы положены следующие разделы вузовских дисциплин: математический анализ, теория функций комплексного переменного,...
Построение и анализ траекторий крылатых ла. № варианта задания iconН. Ю. Каменская оценка, анализ и управление рисками
К181 Оценка, анализ и управление рисками. Учебное пособие для студентов специальностей «Менеджмент организации» и «Бухгалтерский...
Построение и анализ траекторий крылатых ла. № варианта задания iconЗадание включает 60 вопросов, к каждому из них предложено 4 варианта ответа. На каждый вопрос выберите только один ответ, который вы считаете наиболее полным и правильным. Половой процесс (конъюгация) характерен для
Задание Задание включает 60 вопросов, к каждому из них предложено 4 варианта ответа. На каждый вопрос выберите только один ответ,...
Построение и анализ траекторий крылатых ла. № варианта задания iconТема: Построение системы общественного контроля в авиации
Фгбоу впо «Амурский государственный университет», г. Благовещенск, Амурская область
Построение и анализ траекторий крылатых ла. № варианта задания icon2. Организационно-методическое построение курса
Общая трудоемкость дисциплины: 150 часов, в т ч лекций 54 ч., семинарские занятия 18 ч., самостоятельная работа 78 ч
Построение и анализ траекторий крылатых ла. № варианта задания iconМетодические указания по выполнению контрольного задания по информатике
Выполнение контрольного задания рекомендуется начинать с подбора и изучения необходимых материалов и литературы. Для получения наиболее...
Построение и анализ траекторий крылатых ла. № варианта задания iconВозможности использования электронных таблиц в преподавании микроэкономики
Построение микроэкономических моделей с помощью программ ms excel и OpenOffice org Calc. 12
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©kzdocs.docdat.com 2012
обратиться к администрации
Документы
Главная страница