CN115983039A - 复数动力源串联弹射离散脉冲时序拟合控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了复数动力源串联弹射离散脉冲时序拟合控制方法，能够控制多个小型脉冲发动机的质量流量，实现质量流量曲线拟合后结果与理论拟合结果一致，实现了在发射过程中控制弹过载保持恒定，平稳运行。包括如下步骤：步骤1：根据需要的导弹参数，运用内弹道相关知识求解理想过载。步骤2：根据动力学方程获得理想压强。步骤3：理想压强代入控制方程获得理想发动机质量流量。步骤4：判断理想发动机质量流量与实际质量流量插值是否满足要求，若是则返回步骤2，否则进入步骤5。步骤5：开启新瓶增加释放点；计算实际质量流量，返回步骤2。
Description
技术领域
本发明涉及导弹发射动力源控制技术领域，具体涉及一种复数动力源串联弹射离散脉冲时序拟合控制方法。
背景技术
导弹发射装置按照发射动力分类分为热发射形式和冷发射形式，热发射是指导弹依靠自身动力脱离发射装置，即导弹在发射装置上直接点火飞行,而冷发射是依靠外部弹射装置将导弹弹射出筒，借助于辅助动力使导弹起飞，到一定高度时再点燃导弹主发动机。
热发射是目前应用范围最广的导弹发射方式，但是这种发射方式火箭发动机将产生大量带有固体微粒的高温高速燃气流，对这种高温、高速燃气流处理不当，会损坏发射装置甚至引起导弹爆炸。相对热发射，冷发射方式的导弹在发动机点火前已经具有一定的弹射初速，能够增加导弹射程；同时导弹发动机点火时，导弹已经离开地面一定高度，减少了燃气对发射系统的影响，避免了复杂的燃气排导问题，提升了导弹武器的环境适应性。
目前，采用小型脉冲发动机弹射技术以具有瞬间膨胀性强、功率密度大等特性的压缩空气为工作介质，具有功率-质量比大、无污染、防燃、防爆、防电磁干扰、工质温度低、无需热防护措施、通用性好、成本低等优点，在导弹发射领域具有较好的应用前景。但与此同时，该发射方案具有很多不利于精确控制的弱点，如强非线性、模型不确定性等，如何实现小型脉冲发动机弹射过程控制仍是一个难点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了复数动力源串联弹射离散脉冲时序拟合控制方法，能够控制多个小型脉冲发动机的质量流量，实现质量流量曲线拟合后结果与理论拟合结果一致，实现了在发射过程中控制弹过载保持恒定，平稳运行。
为达到上述目的，本发明的技术方案为包括如下步骤：
步骤1：根据需要的导弹参数，运用内弹道相关知识求解理想过载。
步骤2：根据动力学方程获得理想压强。
步骤3：理想压强代入控制方程获得理想发动机质量流量。
步骤4：判断理想发动机质量流量与实际质量流量插值是否满足要求，若是则返回步骤2，否则进入步骤5。
步骤5：开启新瓶增加释放点；计算实际质量流量，返回步骤2。
进一步地，步骤1：根据需要的导弹参数，运用内弹道相关知识求解理想过载，具体为：
导弹参数包括初容室体积、弹体直径、大气压强、每个脉冲发动机工作参数、导弹质量以及摩擦系数f。
理想参数包括理想过载、理想出筒速度和理想加速度-时间曲线。
进一步地，步骤2：根据动力学方程获得理想压强，具体为：
依据公式
其中P2为发射筒的理想压强，ai为不同时刻理想加速度值，Mm为导弹质量，g为重力加速度，f为导弹与筒壁面的摩擦系数，Pa为环境压强，A为发射筒截面积；
由此获得不同时刻的理想压强P2(i),i为时刻。
进一步地，步骤3：理想压强代入控制方程获得理想发动机质量流量；
其中，qi(i)表示在i时刻的理想气体质量流量，V2(i)表示i时刻的发射筒内容积，Rg表示发动机工质气体常量，P2(i)为发射筒内理想压强，初始时刻P2＝Pa，P2(i+1)为下一时刻筒内理想压强，T2为发射筒内温度；dt为每一迭代步时长；A为发射筒截面积，v(i)为当前时间步的导弹速度。
优选地，当前时间步的导弹速度v(i)通过当前迭代步加速度与前一时间步加速度的差值Δt，再与时间步长求乘积获得。
进一步地，判断理想发动机质量流量与实际质量流量插值是否满足要求，具体为：令理想发动机质量流量与实际质量流量的差值为Δq，设置双准则判断实际质量流量与理想质量流量差值是否满足要求：
准则一为Δq与理想发动机质量流量的比值，设为r1；
准则二为Δq与单个发动机初始气体流量的比值，设为r2；
设置阈值；
若r1与r2任意一个参数小于设置的阈值，即为满足要求；若r1与r2所有参数均不小于设置的阈值，则为不满足要求。
优选地，设置阈值为0-1内任意数值。
有益效果：
1、本发明提出的一种复数动力源串联弹射离散脉冲时序拟合控制方法，依靠单一型号脉冲发动机串联工作，可灵活实现不同需求的动力源曲线，节省小型号脉冲发动机生产制造的成本。与传统的基于有限元网格计算推进剂燃烧的方法相比，本发明的优势在于：本发明中通过以上拟合计算流程，可以求得理想流量曲线，获得分时序叠加优化算法，为后续内弹道以及流场仿真耦合计算提供数值计算方法。
2、本发明提供的一种复数动力源串联弹射离散脉冲时序拟合控制方法，从总流量与单一发动机流量两个方面对时序拟合，采用“双准则”思想拟合理想质量流量曲线，合理控制拟合过程，提高拟合准确度。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种复数动力源串联弹射离散脉冲时序拟合控制方法流程图；
图2为发射体统结构示意图；
图3为单一型号脉冲发动机质量流量曲线图；
图4为拟合结果曲线图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种复数动力源串联弹射离散脉冲时序拟合控制方法，针对的导弹发射装置结构如图2所示，其中应当包含至少一个小型脉冲发动机，小型脉冲发动机是指单个发动机不能满足导弹发射要求。如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤1：根据需要的导弹参数，运用内弹道相关知识求解理想过载。
导弹参数包括初容室体积、弹体直径、大气压强、每个脉冲发动机工作参数、导弹质量以及摩擦系数f。
理想参数包括理想过载、理想出筒速度和理想加速度-时间曲线。
步骤2：根据动力学方程获得理想压强；依据公式
其中P2为发射筒的理想压强，ai为不同时刻理想加速度值，Mm为导弹质量，g为重力加速度，f为导弹与筒壁面的摩擦系数，Pa为环境压强，A为发射筒截面积；
由此获得不同时刻的理想压强P2(i),i为时刻。
步骤3：理想压强代入控制方程获得理想发动机质量流量；具体为：
其中，qi(i)表示在i时刻的理想气体质量流量，V2(i)表示i时刻的发射筒内容积，Rg表示发动机工质气体常量，P2(i)为发射筒内理想压强，初始时刻P2＝Pa，P2(i+1)为下一时刻筒内理想压强，T2为发射筒内温度，本实施例中设置为定值，T2＝400K；dt为每一迭代步时长，本实施例中设置为0.001s；A为发射筒截面积，v(i)为当前时间步的导弹速度。当前时间步的导弹速度v(i)通过当前迭代步加速度与前一时间步加速度的差值Δt，再与时间步长求乘积获得。
图3为单一型号脉冲发动机质量流量曲线图。
步骤4：判断理想发动机质量流量与实际质量流量插值是否满足要求，若是则返回步骤2，否则进入步骤5。
具体为：令理想发动机质量流量与实际质量流量的差值为Δq，设置双准则判断实际质量流量与理想质量流量差值是否满足要求：
准则一为Δq与理想发动机质量流量的比值，设为r1；
准则二为Δq与单个发动机初始气体流量的比值，设为r2；
设置阈值；设置阈值为0-1内任意数值。
若r1与r2任意一个参数小于设置的阈值，即为满足要求；若r1与r2所有参数均不小于设置的阈值，则为不满足要求。
步骤5：开启新瓶增加释放点；
步骤6：计算实际质量流量，返回步骤2。拟合结果曲线如图4所示。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.复数动力源串联弹射离散脉冲时序拟合控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：根据需要的导弹参数，运用内弹道相关知识求解理想过载；
步骤2：根据动力学方程获得理想压强；
步骤3：理想压强代入控制方程获得理想发动机质量流量；
步骤4：判断理想发动机质量流量与实际质量流量插值是否满足要求，若是则返回步骤2，否则进入步骤5；
步骤5：开启新瓶增加释放点；计算实际质量流量，返回步骤2。
2.如权利要求1所述的复数动力源串联弹射离散脉冲时序拟合控制方法，其特征在于，所述步骤1：根据需要的导弹参数，运用内弹道相关知识求解理想过载，具体为：
所述导弹参数包括初容室体积、弹体直径、大气压强、每个脉冲发动机工作参数、导弹质量以及摩擦系数f；
所述理想参数包括理想过载、理想出筒速度和理想加速度-时间曲线。
3.如权利要求1或2所述的复数动力源串联弹射离散脉冲时序拟合控制方法，其特征在于，所述步骤2：根据动力学方程获得理想压强，具体为：
依据公式
其中P2为发射筒的理想压强，ai为不同时刻理想加速度值，Mm为导弹质量，g为重力加速度，f为导弹与筒壁面的摩擦系数，Pa为环境压强，A为发射筒截面积；
由此获得不同时刻的理想压强P2(i),i为时刻。
4.如权利要求3所述的复数动力源串联弹射离散脉冲时序拟合控制方法，其特征在于，所述步骤3：理想压强代入控制方程获得理想发动机质量流量；
其中，qi(i)表示在i时刻的理想气体质量流量，V2(i)表示i时刻的发射筒内容积，Rg表示发动机工质气体常量，P2(i)为发射筒内理想压强，初始时刻P2＝Pa，P2(i+1)为下一时刻筒内理想压强，T2为发射筒内温度；dt为每一迭代步时长；A为发射筒截面积，v(i)为当前时间步的导弹速度。
5.如权利要求4所述的复数动力源串联弹射离散脉冲时序拟合控制方法，其特征在于，所述当前时间步的导弹速度v(i)通过当前迭代步加速度与前一时间步加速度的差值Δt，再与时间步长求乘积获得。
6.如权利要求1～5任一所述的复数动力源串联弹射离散脉冲时序拟合控制方法，其特征在于，所述判断理想发动机质量流量与实际质量流量插值是否满足要求，具体为：令理想发动机质量流量与实际质量流量的差值为Δq，设置双准则判断实际质量流量与理想质量流量差值是否满足要求：
准则一为Δq与理想发动机质量流量的比值，设为r1；
准则二为Δq与单个发动机初始气体流量的比值，设为r2；
设置阈值；
若r1与r2任意一个参数小于设置的阈值，即为满足要求；若r1与r2所有参数均不小于设置的阈值，则为不满足要求。
7.如权利要求1所述的复数动力源串联弹射离散脉冲时序拟合控制方法，其特征在于，设置阈值为0-1内任意数值。
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