用于捕获轨迹试验中的外挂物控制律的模拟方法技术

本发明专利技术公开一种用于捕获轨迹试验中的外挂物控制律的模拟方法。实现机载外挂物在亚跨超声速流动条件下的有控轨迹模拟。通过对三自由度舵偏的计算更好地模拟真实的气动影响，以此来达到提高轨迹捕获精度的目的。方法采用虚拟舵偏方式，根据预测的外挂物舵偏和试验得到的舵效，将舵偏产生的影响量加入到轨迹预测中去。该方法可模拟外挂物控制律对外挂物轨迹的影响，作用于轨迹捕获试验，实时影响气动结果和生成的轨迹。通过虚拟舵偏与试验舵效计算分析，将产生的影响加入到轨迹预测中，从而提高轨迹预测的精度。

【技术实现步骤摘要】
用于捕获轨迹试验中的外挂物控制律的模拟方法
本专利技术涉及风洞试验
，具体涉及一种用于捕获轨迹试验中的外挂物控制律的模拟方法。
技术介绍
风洞外挂物捕获轨迹试验是一种获取外挂物运动轨迹的试验技术，安装在多自由度试验系统上外挂物，在风洞流场环境下通过运动、测量得到外挂物的位姿轨迹等信息，风洞外挂物捕获轨迹试验可以模拟外挂物自载体投放或发射分离后的飞行轨迹。由于风洞尺寸的限制，外挂物模型尺寸较小，舵面不能够实际偏转变化，与外挂物实物飞行状态有差别，而其舵面偏转变化在多体分离过程中与周围空间流场和气动力变化具有相互作用，从而对外挂物发射或投放方位的准确性有很大影响。
技术实现思路
为了在风洞外挂物捕获轨迹试验中研究外挂物控制舵偏对实时飞行轨迹的影响，本专利技术提供一种用于捕获轨迹试验中的外挂物控制律的模拟方法，模拟外挂物舵偏对实时轨迹影响，提高轨迹捕获试验精度。本专利技术所采用的技术如下：一种用于捕获轨迹试验中的外挂物控制律的模拟方法，该方法包括以下步骤：步骤1、外挂物轨迹点预估位置解算，轨迹点瞬时加速度、角速度、角度解算获取，外挂物预估轨迹实时定位；步骤2、风洞实测指定流场内外挂物实时六元天平受力，进行气动解算；步骤3、采用虚拟舵偏方式，外挂物舵偏解算；步骤4、舵偏与气动力结合，进行外挂物舵效实时解算；步骤5、变步长外挂物舵效迭代式轨迹点修正。本专利技术还具有如下技术特征：1、如上的步骤1具体如下：F为轨迹点瞬时加速度：F＝coe×qs×refS式中，coe为气动力系数，qs为指定高度上速压，refS为参考面积；alpha_e为外挂物攻角，计算公式如下：式中，φw、θw、ψw为外挂物相对载机风轴系的三个角位移；kkthita_e为外挂物俯仰角，即外挂物X轴与水平面的夹角：kkthita_e＝θwpsi_e为外挂物航向角，即外挂物X轴在水平面内的投影与飞机X轴在水平面内的投影的夹角：psi_e＝ψw+β式中，β为侧滑角；gama_e为外挂物横滚角，即外挂物纵向对称面与过外挂物X轴的铅垂面之间的夹角：gama_e＝φwdkkthita_e、dpsi_e、dgama_e外挂物俯仰角变化率、航向角变化率、横滚角变化率：dkkthita_e＝qEcosφw-rEsinφwdpsi_e＝(qEsinφw+rEcosφφw)/cosθwdgama_e＝pE+dpsi_e·sinθw式中，pE、qE、rE为外挂物角速度在其体轴三个轴的投影。2、如上的步骤2进行气动解算，具体如下：cy法向力系数：cz横向力系数：Cmz俯仰力矩系数：Cmy偏航力矩系数：Cmx滚转力矩系数：式中，Y为升力，Z为横向力，Mz为俯仰力矩，My为偏航力矩，Mx为滚转力矩，b为平均气动弦长，l为机翼展长。3、如上的步骤3中外挂物舵偏解算方法，具体如下：Delta1舵偏角1：Delta1＝b1×D1[1][1]+b2×D1[1][0]+b3×D1[0][2]+b4×D1[0][1]；Delta2舵偏角2：Delta2＝b1×D2[1][1]+b2×D2[1][0]+b3×D2[0][2]+b4×D2[0][1]；Delta3舵偏角3：Delta3＝b1×D3[1][1]+b2×D3[1][0]+b3×D3[0][2]+b4×D3[0][1]；式中，b1、b2、b3、b4、为指令控制增益参量，D1、D2、D3为气动舵偏角与气流攻角插值数组，公式中的中括号内数字代表数组维数。4、如上的步骤4中舵偏与气动力结合，进行外挂物舵效实时解算方法，具体如下：Δcy：Y向操纵力系数舵效增量：Δcy＝(c1-c2)×Kcy；Δcz：Z向操纵力系数舵效增量：Δcz＝(c1+c2)×Kcz；Δcmx：滚转力矩系数舵效增量：Δcmx＝Kcmx×c3；Δcmy：偏航力矩系数舵效增量：Δcmy＝dcy×(tm-bp)；Δcmz：俯仰力矩系数舵效增量：Δcmz＝dcz×(tm-bp)；式中，tm为质心相对位置，bp为舵轴相对位置，Kcy、Kcz、Kcmx为舵效系数，c1、c2、c3为插值舵偏角。5、步骤5中变步长外挂物舵效迭代式轨迹点修正方法，具体如下：Cy：Y向操纵力系数修正值：Cy＝Cy+ΔcyCz：Z向操纵力系数修正值：Cz＝Cz+ΔczCmz：俯仰力矩系数修正值：Cmz＝Cmz+ΔcmzCmx：滚转力矩系数修正值：Cmx＝Cmx+ΔcmxCmy：滚转力矩系数修正值：Cmy＝Cmy+Δcmy。本专利技术的工作过程及原理：根据初始条件解算出外挂物模拟位姿，瞬时加速度和角度，外挂物精确定位，经天平测定外挂物受力情况，根据实验条件进行外挂物舵偏解算，综合分析解算以上同时刻数据，获得外挂物舵效，经轨迹位姿修正，并重复以上过程，模拟出外挂物对轨迹的实时影响，获得外挂物有控轨迹。本专利技术的优点及有益效果是：该方法可模拟外挂物控制律对外挂物轨迹的影响，作用于轨迹捕获试验，实时影响气动结果和生成的轨迹。通过虚拟舵偏与试验舵效计算分析，将产生的影响加入到轨迹预测中，从而提高轨迹预测的精度。通过模拟对比验证及算例计算验证，方法解决了CTS试验中模拟舵面偏转对外挂物分离轨迹的影响的问题。该方法性能稳定，可靠性高，测试精度满足工程要求，在航空、航天外挂设计，武器装备研究上面有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术提供的于捕获轨迹试验中的外挂物控制律模拟方法的结构原理框图；图2为本专利技术提供的用于捕获轨迹试验中的外挂物控制律模拟方法中的过程控制流程图；图3为本专利技术提供的用于捕获轨迹试验中的外挂物控制律模拟方法中的舵偏舵效模拟解算流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步的详细说明：实施例1一种用于捕获轨迹试验中的外挂物控制律的模拟方法，包括以下步骤：步骤1、外挂物轨迹点预估位置解算，轨迹点瞬时加速度、角速度、角度解算获取，外挂物预估轨迹实时定位，具体如下：F为轨迹点瞬时加速度：F＝coe×qs×refS式中，coe为气动力系数，qs为指定高度上速压，refS为参考面积；alpha_e为外挂物攻角，计算公式如下：式中，φw、θw、ψw为外挂物相对载机风轴系的三个角位移；kkthita_e为外挂物俯仰角，即外挂物X轴与水平面的夹角：kkthita_e＝θwpsi_e为外挂物航向角，即外挂物X轴在水平面内的投影与飞机X轴在水平面内的投影的夹角：psi_e＝ψw+β式中，β为侧滑角；gama_e为外挂物横滚角，即外挂物纵向对称面与过外挂物X轴的铅垂面之间的夹角：gama_e＝φwdkkthita_e、dpsi_e、dgama_e外挂物俯仰角变化率、航向角变化率、横滚角变化率：dkkthita_e＝qEcosφw-rEsinφwdpsi_e＝(qEsinφw+rEcosφφw)/cosθwdgama_e＝pE+dpsi_e·sinθw式中，pE、qE、rE为外挂物角速度在其体轴三个轴的投影。步骤2、风洞实测指定流场内外挂物实时六元天平受力，进行气动解算；具体如下：cy法向力系数：cz横向力系数：Cmz俯仰力矩系数：Cmy偏航力矩系数：Cmx滚转力矩系数：式中，Y为升力，Z为横向力，Mz为俯仰力矩，My为偏航力矩，Mx为滚转力矩，b为平均气动弦长，l为机翼展长。步骤3、采用虚拟舵偏方式，外挂物舵偏解算；具体如下：De本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于捕获轨迹试验中的外挂物控制律的模拟方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、外挂物轨迹点预估位置解算，轨迹点瞬时加速度、角速度、角度解算获取，外挂物预估轨迹实时定位；步骤2、风洞实测指定流场内外挂物实时六元天平受力，进行气动解算；步骤3、采用虚拟舵偏方式，外挂物舵偏解算；步骤4、舵偏与气动力结合，进行外挂物舵效实时解算；步骤5、变步长外挂物舵效迭代式轨迹点修正。

【技术特征摘要】
1.一种用于捕获轨迹试验中的外挂物控制律的模拟方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、外挂物轨迹点预估位置解算，轨迹点瞬时加速度、角速度、角度解算获取，外挂物预估轨迹实时定位；步骤2、风洞实测指定流场内外挂物实时六元天平受力，进行气动解算；步骤3、采用虚拟舵偏方式，外挂物舵偏解算；步骤4、舵偏与气动力结合，进行外挂物舵效实时解算；步骤5、变步长外挂物舵效迭代式轨迹点修正。2.根据权利要求1所述的一种用于捕获轨迹试验中的外挂物控制律的模拟方法，其特征在于，步骤1具体如下：F为轨迹点瞬时加速度：F＝coe×qs×refS式中，coe为气动力系数，qs为指定高度上速压，refS为参考面积；alpha_e为外挂物攻角，计算公式如下：式中，φw、θw、ψw为外挂物相对载机风轴系的三个角位移；kkthita_e为外挂物俯仰角，即外挂物X轴与水平面的夹角：kkthita_e＝θwpsi_e为外挂物航向角，即外挂物X轴在水平面内的投影与飞机X轴在水平面内的投影的夹角：psi_e＝ψw+β式中，β为侧滑角；gama_e为外挂物横滚角，即外挂物纵向对称面与过外挂物X轴的铅垂面之间的夹角：gama_e＝φwdkkthita_e、dpsi_e、dgama_e外挂物俯仰角变化率、航向角变化率、横滚角变化率：dkkthita_e＝qEcosφw-rEsinφwdpsi_e＝(qEsinφw+rEcosφφw)/cosθwdgama_e＝pE+dpsi_e·sinθw式中，pE、qE、rE为外挂物角速度在其体轴三个轴的投影。3.根据权利要求1所述的一种用于捕获轨迹试验中的外挂物控制律的模拟方法，其特征在于，步骤2进行气动解算方法具体如下：cy法向力系数：cz横向力系数：Cmz俯仰力矩系数：Cmy偏航力矩系数：Cmx滚转力矩系数：式中，Y为升力，Z为横向力，Mz为俯仰力矩，My为偏航力矩，Mx为滚转力矩，b为平均气动弦长，l为...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅冰，鲁文博，王天旭，王峰，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21