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飞行器弹道仿真通用软件设计

作　者: 唐明亮
导　师: 谷良贤
学　校: 西北工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 弹道仿真 软件框架 面向对象技术 模块化设计
分类号: V221.92
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 705次
引　用: 9次
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内容摘要


在飞行器设计的各个阶段,需要进行不同精度的弹道仿真。同时,不同种类的飞行器的仿真模型也相差较大。为了得到准确的仿真结果,设计人员需要针对具体问题使用专门的软件,这无疑限制了软件的使用范围。对于涉及多种飞行器设计的研究人员,则要进行重复性的软件编写工作,造成巨大的浪费。为此,能够进行多种飞行器弹道仿真的通用软件显得十分必要。 针对这一需要,本文致力于设计、编写具有以下功能的弹道仿真软件:能实现不同类型的飞行器在不同的发射方式下,进行不同自由度的多段弹道全数字仿真。为此,本研究主要集中在以下几个方面: 1) 基于面向对象技术和模块化设计思路,设计建立软件的框架和各功能模块,并在软件中固化了几种常用的制导模型,供用户挑选。同时,软件通过提供核心模块和制定DLL接口的方式,供用户实现制导模型的自定义。 2) 通过四元数法和欧拉角法描述飞行器姿态,并建立相应的运动学方程。针对姿态角变化幅度不同的飞行器,用户可以选择合适的姿态描述方法进行三自由度质点运动的弹道仿真或六自由度刚体运动的弹道仿真。 3) 通过数据编号的方式,借助相关模块,实现不同类型数据的输入,传递和输出,简化了制导等模块的接口描述。 4) 编写文本界面的处理程序以便从输入文本中搜索提取有用数据,并使文本界面变得更加有效可靠和友好易懂。这有利于弹道设计和优化等其他软件调用本软件时修改参数。 最后,本文结合具体算例对软件的使用进行了简要地说明介绍,验证了软件的可靠性,并指出了软件的不足和改进方向。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
引言  9-11
  1.1 研究意义和现状  9-10
  1.2 研究任务  10-11
第一章 软件框架和实施方法  11-14
  1.1 软件框架结构  11
  1.2 实现通用性方法  11-12
  1.3 实现扩展性方法  12-14
第二章 坐标系和角度  14-26
  2.1 坐标系定义  14-17
  2.2 坐标系转换  17-23
    2.2.1 欧拉角法  17-18
    2.2.2 四元数法  18-23
  2.3 常用坐标系间的转换  23-26
第三章 各模块数学模型  26-59
  3.1 仿真调度模块  26-27
  3.2 天体模块  27-33
    3.2.1 几何模型  27-28
    3.2.2 方位角、射程计算  28-29
    3.2.3 引力模型  29-30
    3.2.4 大气模型  30-33
  3.3 风干扰模块  33-39
    3.3.1 关于大气紊流的基本假设  34
    3.3.2 大气紊流的德莱顿模型  34-36
    3.3.3 大气紊流的尺度和强度的确定  36-37
    3.3.4 大气紊流的数值仿真  37-39
  3.4 发射模块  39-41
  3.5 目标模块  41
  3.6 机体模块  41-45
    3.6.1 质量特性  42
    3.6.2 运动方程组  42-44
    3.6.3 过载  44-45
  3.7 制导模块  45-51
    3.7.1 导航模块  46-47
    3.7.2 导引模块  47-50
    3.7.3 控制模块  50-51
  3.8 推进模块  51-53
  3.9 气动模块  53-55
    3.9.1 动压和马赫数  53
    3.9.2 气动角  53-54
    3.9.3 气动力  54-55
    3.9.4 气动力矩  55
  3.10 气热模块  55-56
  3.11 相对运动模块  56-57
  3.12 辅助计算模块  57
  3.13 地面站模块  57-58
  3.14 数据输出模块  58-59
第四章 复合模块的搭建  59-73
  4.1 核心模块  59-68
    4.1.1 信号处理模块  59-61
    4.1.2 信号产生模块  61-68
  4.2 组合搭建法  68-73
    4.2.1 基本思路  68-69
    4.2.2 虚拟循环  69-70
    4.2.3 代数环  70-71
    4.2.4 组合模块算例  71-73
第五章 软件使用和算例  73-80
  5.1 软件使用说明  73-74
  5.2 算例  74-80
    5.2.1 圆轨道飞行算例  74-75
    5.2.2 巡航导弹飞行算例  75-80
结束语  80-82
参考文献  82-84
发表学术论文情况  84-85
致谢  85-86
西北工业大学业学位论文知识产权声明书  86
西北工业大学学位论文原创性声明  86

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 飞机构造与设计 > 总体设计 > 计算机辅助设计
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