多管火箭发射与飞行动力学仿真系统研究唐克花传泉蒋兵使教省台肥市黄山路4 5 t 号，解赦军炮兵学院射击教研窒，安徽，台肥2 3 0 0 3 1 )摘要：多管火箭发射与飞行动力学是研究多管火箭在发射过程中的受力及运动规律和控制过程，进而研究控制其受力与运动的理论、技术和试验测试方法。如何在实验室构造仿真系统来分析和研究多管火箭发射与飞行动力学是必需解决的向题。本文就多管火箭发射与飞行动力学仿真系统的组成、流程、功能和几项关键技术进行了研究。美霉诃；多营火箭：发射与飞彳i 萄力掌；仿真系统S t u d yo fS i m u l a t i o nS y s t e mo fL a u n c ha n dF l i g h tD y n a m i c so fM u l f i p l eL a u n c hR o c k e tK eT a n gC h u a n q u a nH u aB i n gJ i a n gO h e s h o o a n g r o o m o f c h i n g i n m 蝴l q A c d c m y o f P L A ，, A I t I l u l ，l - I e f d ，2 3 0 0 3 1 )A b s t r a c t ：L a u n c h a n d f t l g h td y n a m i c s o f m u l t i p l e l a u n c hr o c k e ts y s t e m f M L R S ) f o c a s c s O n t h e t i m o r y ,t e c h n o l o g ya n dt e s tm e t h o d ，w h i c ha r ou s e di nt h es t u d y0 nm o t i o np a t t e r n e u n t r o lp r o c e s so fM L R Sa n dt h ef o r c ea c t i n go ni td u r i n gl a u n c hp r o c e s si no r d e rt oc o n t r o lt h em o t i o na n dt h ef o r c e H o wt ob u i l ds i m u l a t i o ns y s t e mt oa n a l y z ea n ds t u d yl a u n c ha n df i i g h td y n a m i c so fm u l 印l el a u n c hr o c k e ti nt h e | i b r a r yi sap r o b l e mt h a tm u s tb es u l d i e da n ds o l v e d T h ep a p e rd e s c r i b e sm ：c h i t e c t u r e p r o c e d u r e ，f u n c t i o na n ds o m ek e yt o e l m o t o g i e sf o rs i m u l a t i o ns y s t e mo fl a u n c ha n d 伍g h td y n a m c so fm u i t i p l el a a n 曲r o e k e t _K e y w o r d s ：M u l t i p l eL a u n c hR o c k e t ；L a u n c ha n dF l i g h tD y n a m i c s ；S i m u l a t i o nS y s t e ml 引言系统仿真是以相似原理、系统技术、信鼠技术及其应用锈域有关专业技术为基础，以计 算机和各种专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实的或假象的系统进行动态研究的一门多学科的综台性技术。这门技术在现代军事变革中起到了不可忽视的作用，它能在新型武器系统开发初期对其功能做先期演示验证；能对新的战术和作战概念进行开发，能对作战任务进行规划、推演和重演；能对大规模兵力在一个虚拟环境中训练以及对武器系统进行效 能评估。这样不仅能在和平与发展的条件下有效地巩固国防，而且还能大大节省军费开支，与真实情况下的作战对抗相比，具有可重复、高复杂、低消耗、安全高效的特点，对研究现代高科技战争具有十分重要的意义。2 仿真系统组成多管火箭发射与飞行动力学仿真系统的基本模块如下：( 1 ) 总控模块：调动各功能模块，整个发射与飞行动力学仿真、统计分析和结果输出。( 2 ) 随机数模块：根据随机参数的统计特性，用计算机产生各功能模块需要的服从规定分布的箍机数。( 3 ) 武器振动特性模块：仿真多管火箭的频率、振型、阻尼比等振动模态参数。 ( 4 ) 内弹道模块：以( 2 ) 提供的随机数作为基本参数的一部分，仿真火箭发动机推力和内弹道。( 5 ) 火箭弹燃气流冲击力模块：仿真火箭弹燃气流冲击力。 ( 6 ) 发射过程武器动态特性模块：根据( 2 ) 、( 3 ) 、( 4 ) 、( 5 煨供的数据，仿真弹炮运动、弹炮相互作用、火箭弹起始扰动。( 7 ) 外弹道模块：根据( 2 ) 、( 4 ) 和( 6 ) 提供的数据，仿真火箭弹飞行气动力、稳定性、弹炮诸元和落点散布。 8 ) 统计处理模块：对仿真结果进行统计处理。( 9 ) 丰且关性分析模块：根据( 2 ) 、( 6 ) 、( 7 ) 提供的数据，进行各种因素与多管火箭动态性能 和射击精度的相关性分析，给出影响多管火箭系统动态性能和射击精度的主要因素，为多管火箭总体布局结构参数动态设计提供依据。0 0 ) 结果输出模块：将仿真结果按文字、曲线、图形等形式输出。3 仿真流程多管火箭发射与飞行动力学仿真流程如下，见图1 。生成随机效及参数输出士多管火箭武器振动特性推力及内弹道参数 +多管火箭武器动力响应士火箭弹起始扰动 0外弹道 +射击精度及相关性分析图1 多管火箭发射与飞行动力学仿真流程图( I ) 产生随机变量：应用计算机软件库中或有关文献提供的( 0 ，1 ) 均匀分布随机数子程序，或N ( 0 ，1 ) 分布随机数子程序，产生所需分布的随机变量。( 2 ) 多管火箭随机发射与飞行动力学过程仿真：根据选定的多管火箭发射与飞行动力学模趔，仿真多管火箭运动和受力及其相互关系。( 3 ) 仿真结果统计处理：对各个阶段的仿真结果进行统计处理。提供仿真结果的统计特性( 如均值和均方差) 。( 4 ) 相关性分析：利用相关性分析理论，分析各种因素对多管火箭动态性能和射击精度的影响程度。4 仿真系统的功能发射与飞行动力学仿真系统可以仿真： ( 1 ) 多管火箭振动特性及其发射架上火箭弹个数改变的变化情况。( 2 ) 多管火箭的动力响应( 包括位移、速度、加速度、角位移、角速度、角加速度等) 。( 3 ) 多管火箭弹起始扰动( 包括火箭弹起始摆动角、起始摆动速度、炮口自转角、自转角速度、位移、速度等各个运动参量) 。( 4 ) 多管火箭外弹道和射击精度( 包括外弹道诸元、主动段末弹道参数、火箭弹飞行时间、落点、射击精确度、射击密集度等) 。5 仿真系统的关键技术5 1 随机仿真技术表l 满载情况下顿率仿真与模态试验结果表( 单位；t a d s )模态1234567计算值8 6 11 0 4 01 93 32 66 72 8 9 33 1 9 93 6 8 2f 试验值8 6 71 0 9 9i 8 9 82 6 5 12 9 5 93 2 8 6相对误差，- 0 6 95 3 71 8 40 6 02 2 32 6 5模态891 01 l1 21 31 4计算值5 27 75 7 4 36 0 3 96 6 0 58 0 0 69 7 8 61 0 5 6 2试验值5 0 ”5 62 36 4 - 3 46 7 、6 17 9 7 39 7 8 91 0 5 8 1相对误差，4 9 72 1 36 1 42 3 l0 - 4 1- 0 0 30 1 8多管火箭发射与飞行过程受多种随机因素的影响。这些随机因素包括：弹、炮、药系统参数的随机变化，使用环境( 气象条件、地面条件等) 和操作过程( 人员技术素质、操作误差等) 的随机性等。从弹、炮、药、环境大系统角度出发，应用随机模型研究发射与飞行过程，才能揭示过程本质。掌握其变化规律。随机仿真是一类通过仿真和统计试验来求解数学、物理和工程技术等问题近似解的数值方法。飞行动力学仿真的核心是建立随机发射与飞行动力学方程，其过程是根据随机变量( 如火箭弹质量、质量偏心、推力、射击时间间隙、阵风等) 的统计特性( 如均值和均方差) ，由随机仿真原理产生相应的随机变量序列，将由飞行动力学方程作为确定性方程，进行n 次确定性计算，便得到随机发射与飞行过程中相关参数的统计特性。如在多管火箭振动特性仿真及其验证中，表1 给出了某4 0 管火箭武器满载情况下前1 4 阶圆频率仿真与模态试验结果，对比表明两者吻合。5 2 密集度仿真技术设x 为随机变量的方差，Y 为射击密集度，X 、Y 的月组观测值分别为( x ，E ) ，( x ：，y 2 ) ，( x 。，匕) 。则x 与l ，的相关系数r 的估计值P 为式中r =相关性检验的统计量R 为主( x ；一i ) ( 一F )1 量彳F 2 = = 2 摆( 耻西儋( K 巧) 2i = 圭弘F = 三n 窆i = 1ER ：占压 l 一声2根据多管火箭随机发射与飞行动力学数值仿真所得随机变量的均值和均方差与对应的射击密集度的值，应用式( 1 ) 和式( 2 ) 分别计算各随机变量的均值和均方差与纵向密集度和横向密集度的相关系数及统计量的大小。5 3 非满管射击替代满管齐射的程式化技术减少多管火箭密集度试验用弹量的总体思路是：以多管火箭为研究背景，综合应用发射动力学的新技术，以调整非满管装填方式、射序和射击时闻间隔，找到与原4 0 发满管齐射方式系统密度相同的非满管发射方式，从而在保证试验质量的前提下大幅度减少多管火箭系统试验用弹量。步骤如下，见图2 。图2 非满臂射击替代满管齐射多臂火箭试验程式化技术( 1 ) 在模型库中选取合适的多管火箭发射动力学模型，根据静态测试参数确定相关参数的统计特性( 如均值和均方差等) ；( 2 ) 用多管火箭随机发射与飞行动力学仿真系统，进行大量的多管火箭动态特性和密集 度仿真；( 3 ) 用整数规划优化得出用非满管装填替代满管装填多管火箭密集度试验方案。6 结束语多管火箭发射动力学仿真系统仿真从发动机点火到火箭弹落地的全过程中弹、药、环境大系统动力学，获得了多管火箭的振动特性及其随发射架上火箭弹个数的变化而变化的情况，实现了动力响应的精度分析；在保证试验质量的前提下，大幅度减少了多管火箭试验用弹量，它在研究控制其受力与运动的理论、技术和试验方法中起着重要的作用。该系统将在以后的弹道学研究中发挥很大的潜力。参考文献【1 】1 康风举，现代仿真技术与应用，北京：国防工业出版社，2 0 0 1【2 1 黄文梅等，系统仿真分折与设计，长沙：国防科技大学出版社，2 0 0 1 3 】芮筱亭等，多管火箭发射动力学仿真与试验测试方法，北京：国防工业出版社，2 0 0 3