２０１３年第５期 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ０科教前沿０ 科技信息 机载制导武器弹射分离安全分析 姜殿民张公平 （中国空空导弹研究院，河南洛阳４７１０００） 【摘要】本文简要介绍了进行机载制导武器弹射分离安全研究的一般方法，并重点对带控制律的ＣＴＳ风洞试验方法进行了介绍。分析了 控制律的引入方法．介绍了引入控制律ＣＴＳ风洞试验的模拟仿真方法，并对模拟仿真、风洞试验和投放试验结果进行了对比分析，结果表明， 本文提出的带控制律的ＣＴＳ试验方法是有效的 【关键词】制导武器；分离安全；ＣＴＳ；控制律；仿真 Ｓａｆｅｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｊｅｃｔｅｄ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｇｕｉｄｅｄ Ｗｅａｐｏｎ ＪＩＡＮＧ Ｄｉａｎ－ｍｉｎ ＺＨＡＮＧ Ｇｏｎｇ－ｐｉｎｇ （Ｃｈｉｎａ Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｍｉｓｓｉｌｅ Ａｃａｄｅｍｙ。Ｌｕｏｙａｎｇ Ｈｅｎａｎ。４７１０００】 【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａ ｇｅｎｅｒａｌ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｅｊｅｃｔｅｄ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｇｕｉｄｅｄ ｗｅａｐｏｎ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｎｄ ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｔｈｅ ＣＴＳ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｗ ｉｓ ｉｍｒｏｄｕｅｅｄ．Ｂｙ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｗ，ｔｈｅ ＣＴＳ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｉｎ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｔｅｓｔ．Ａ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ａｍｏｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ ｌａｕｎｃｈｉｎｇ ｔｅｓｔ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ＣＴＳ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｗ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｌＧｕｉｄｅｄ ｗｅａｐｏｎ；Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｓａｆｅｔｙ；Ｃａｐｔｉｖｅ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｓｙｓｔｅｍ；Ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｗ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ０引言 机载武器弹射分离安全性的研究目前有仿真分析、ＣＴＳ风洞试 验、火箭滑车试验和弹射分离投放试验等方法。其中ＣＴＳ风洞试验能 够在地面较好的模拟机弹弹射分离过程．获得与全尺寸飞行试验比较 致的试验结果．是目前进行弹射分离安全研究的主要方法。本文对 这一方法进行简单介绍．并就接入武器控制律的ＣＴＳ试验做一些分 一析。 ＣＴＳ试验技术集风洞、模型、六自由度机构、控制系统、测量系统、 轨迹计算软件等众多环节于一体，构成一个由计算机闭环控制的复杂 大系统 试验时。外挂物的分离轨迹由主计算机根据外挂物模型内装 天平实时测量的气动载荷及外部输入的初始值和已知参数．按轨迹计 算程序求解全尺寸外挂物的运动方程．并根据求解的结果以闭环形式 控制六自由度机构支撑的外挂物模型在母机流场中作相应的运动．从 而一步步地确定出轨迹来 ＣＴＳ试验原理图见图ｌ １ ＣＴｓ试验简介 风洞捕获轨迹试验又叫可控轨迹试验（Ｃａｐｔｉｖｅ Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ）， 简称ＣＴＳ 它是一种先进的测量外挂物投放轨迹的试验方法。采用这 种方法可以预测外挂物（如副油箱、炸弹、导弹等）从飞机上投放／发射 分离后．在离开飞机的初始阶段的运动轨迹，研究飞机的外形、飞行速 度、飞行姿态、飞行高度、外挂物的外形及其在飞机上安全分离（不撞 ３控制律的引入 机载航空制导武器在分离初始段通常引入了稳定控制技术，在一 般ＣＴＳ试验中没有考虑引入武器控制律的影响．不能反映空中分离 的真实情况 引入制导武器控制律就是将武器系统控制律产生的影响 加入到外挂物分离轨迹的解算中。这样．可以更加真实反映外挂物分 离特性．得出与真实分离情况更接近的结论。其方法是由主计算机实 时解算提供控制律模块的输入，由控制律模块产生输出舵偏，根据自 击母机或临近其他外挂物）而不危及母机的安全：为外挂物研制及其 由流场计算舵效．从而将舵面偏转产生的效果引入到轨迹解算程序 在飞机上的合理布局和安全分离所需参数控制提供试验数据 中 外挂物六自由度运动方程如下： 捕获轨迹试验的优点是预测的准确性高．能获得与全尺寸飞行试 ＸＧｒ＋Ｇｃｏ．￣Ｑ．Ｗ＋Ｒ．Ｖ 验数据比较一致的试验结果．能通过计算机软件在试验中模拟外挂物 复杂的分离条件（如俯冲、爬升或加速飞行），而投放试验只能模拟平 矿 ： 墨！± ＤⅢ型．Ｒ．ｕ＋Ｒ．Ｗ 飞 可在试验中直接给出外挂分离轨迹．及时评定分离特性．必要时可 ｍ 随时修改有关参数进行试验 试验在得到全尺寸条件分离轨迹数据的 ＥＦｚＴ￣Ｆｚｌ同时．又可直接获得外挂物在分离轨迹各点上的气动数据，以利于外 Ｐ． ＋Ｏ．ｕ ｍ 挂物分离特性的分析和改进研究 捕获轨迹试验的外挂物模型只需要 外形几何下相似．容易设计制作．且一个模型可反复使用．而不像投放 试验的模型需要动力相似。 一ｃｅｎｔｒｏ一—尊＝型 一半 ＋ 一 ２试验技术 ＋ 一半Ｐ．Ｑ＋一Ｉｘｚ （Ｐ－Ｑ一．Ｒ） ＝（Ｑ・ｃｏｓ￣－Ｒ・ｓｉｎＯ）ｘ５７．２９６ ［（ ・ｃｏｓ￣一Ｑ・ｓｉｎｅ）／ｃｏｓ０］￣５７．２９６ ＝［Ｐ＋（月・ｃｏｓ＃一Ｑ・ｓｉｎｅ）・ｔａｎ０］ｘ５７．２９６ 式中： ＝Ｅ，、 、 和ｃ，、 、 分别为全尺寸外挂物沿其体轴之线速度和线 加速度的分量： Ｐ、（）、Ｒ和户、（）、詹分别为全尺寸外挂物对其体轴的角速度和角加 速度的分量： ∑ 、∑ ∑Ｆ 、ＥＬ 、ＺＭ 和∑ 分别为全尺寸外挂物体轴 系的轴向力、侧向力、法向力、滚转力矩、俯仰力矩和偏航力矩： ￡… 、 分别为控制律产生的 。… 、 、 … 、。 、 … 图１ ＣＴＳ试验原理图 轴向力、侧向力、法向力、滚转力矩、俯仰力矩和偏航力矩： ｍ 为全尺寸外挂物的重量： 科技信息 ０科教前沿Ｏ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２０１３年第５期 而完成模拟导弹控制律对分离特性的影响。某型导弹带控制律与不带 控制律ＣＴＳ试验结果见图４。 一 —Ｐ圈 咽 薹 圈 ——ｌ 王 ： ！： ｒ ．．１ １ ！ ｆ ！± ｆ ！！！】ｄｅｌｚ Ｊ图２某型导弹控制律框图 、 分别为全尺寸外挂物绕其体轴的惯性矩和对其纵向 对称面ｘＺ平面的惯性积：基、， 、 口、 、∥和 、 、 分别为全尺寸外挂物对其体轴系的俯仰角、偏航 角、滚转角和这些角度对时间的导数。 ４某型导弹带控制律ＣＴＳ试验 嚼 某型导弹控制系统框图如图２所示。图中．ｎｙｃ、ｎｚｃ分别为导弹俯 仰／偏航通道的过载控制指令．ｎｙ、ｒｌｚ分别为导弹俯仰／偏航通道过载 响应，ｗｚ、ｗｙ、ｗｘ分别为导弹俯仰通道、偏航通道、横滚通道的角速度， ｇａｍｃ为横滚角指令，ｇａｍ为横滚角响应。 ５模拟仿真 模拟仿真就是以不带控制律的ＣＴＳ试验结果作为输入．在计算 机上模拟加上武器系统控制律后导弹的运动轨迹和姿态．这是一种近 似方法，用来验证控制律的正确性和效果。 模拟仿真要在计算机上建立导弹动力学模型和运动学模型．建立 导弹控制律算法模型并完成各个坐标系之间的运动学转换．某型导弹 模拟仿真结果见图３。 ０ ｌ １ 一２ —３ －—４５ 蒌Ｔｅ＇ｔａ￣ ＿６ ７ ＿丑 Ｉ９ 一ｌＯ 从模拟仿真结果来看，控制律抑制了导弹姿态的发散，证明了控 制律使用和仿真模型的正确性。 ６带控制律ＣＴＳ试验 将控制律移植到主控计算机上．利用天平测量值实时解算控制律 输人参量．并将控制律产生的效果添加到六自由度方程的解算中，从 从有无控制律的ＣＴＳ试验结果来看．控制律起到了良好的效果． 姿态逐渐收敛，与模拟仿真结果基本吻合。 ７结果分析 某型导弹带控制律ＣＴＳ试验结果与分离试验结果对比曲线见图 ５，从图中可以看出，试验结果与带控制律的ＣＴＳ试验结果基本吻合。 ８结论 本文主要介绍了机载制导武器分离安全研究的一般方法．从计算 机仿真到风洞试验再到空中投放试验．经过一系列的验证证明带控制 律的ＣＴＳ试验方法是可靠的，试验结果是可信的。但是控制律中使用 的舵效还是自由流下的近似值．下一步要对舵效进行更加逼近的研 究，以使仿真和ｃＴｓ南 结果更加逼近空中投放试验结果。 【参考文献】 ［１］钱杏芳，林瑞雄，赵亚男．导弹飞行力学ｆＭ］．北京理工大学出版社，２０００． 『２］薛定宇．控制系统计算机辅助设计：ＭＡＢＬＡＢ语言及应用『Ｍ１．清华大学出版 社．１９９６． ［３］陈佳实．导弹制导和控制系统的分析与设｛十ｆＭ］．宇航出版社，１９８９． 『４］于长官．现代控制理论ｆＭ１．哈尔滨工业大学出版社，１９９７． ［责任编辑：王洪泽］ ６１