弹箭飞行仿真系统设计

摘要

随着航空、航天技术的迅猛发展和现代战争方式的改变，如今的弹箭系统设计也越来越复杂，考虑到科研人员的安全性、开发成本和场地安排等因素，采用弹箭飞行半实物仿真实验，能够明显缩短研制周期、减少实际打靶试验次数和节约研制费用。弹箭飞行半实物仿真可以模拟弹箭系统的各种参数，由于半实物仿真本身的特点，可以更加真实的获得弹箭系统的各种试验参数和数据，以验证整体弹箭系统的设计是否合理，查找弹箭系统的设计缺陷，测试弹箭飞行控制系统的性能，因此半实物仿真试验成为各类武器系统研制中不可或缺的验证手段。 首先，介绍了弹箭飞行仿真系统中所用的关键技术的国内外研究状况和应用的前景。 其次，确定了弹箭飞行仿真系统的总体方案、各个分系统的组成和系统工作方案，建立弹箭飞行仿真模型和编写弹箭飞行仿真软件，并基于Windows+RTX系统的硬实时系统为基础，搭建了光纤反射内存网络和高速以太网组成的实时通信和数据传输网络，并对实时系统下控制程序进行开发和测试。 再次，对弹箭飞行仿真系统中所用设备的驱动程序进行开发与实现，开发了三轴飞行转台初始化程序、卫星信号模拟的实现程序；并对线加速度器、舵机负载器和压力负载器仿真设备工作方式进行介绍和分析。 然后，确定了弹箭飞行仿真系统视景仿真方案，基于STK建立的弹箭半实物仿真实时可视化系统，在RTX系统下编写视景仿真控制程序，将弹道仿真计算机产生的弹道数据通过实时数据处理RT3模块接口输入到STK软件中，在STK界面上实时显示弹箭飞行的姿态和位置 最后，对本文所设计的弹箭飞行仿真系统进行功能测试，以验证整体系统的可用性和可靠性。 本文所设计的弹箭飞行仿真实时控制系统是基于Windows+RTX的硬实时系统，其中弹道仿真机解算的弹道姿态数据传输到三轴飞行转台进行模拟，位置数据传输到卫星信号模拟器进行处理和模拟，加速度数据传输到过载设备中，姿态和位置数据同步传输到视景仿真软件，实现二维和三位视景图像的实时显示。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景、目的和意义

1.2 相关技术国内外发展状况

1.2.1 半实物仿真技术的发展

1.2.2 飞行仿真转台的发展

1.2.3 卫星信号模拟器的发展

1.3论文研究的主要内容

2 弹箭飞行仿真系统总体方案设计

2.1 弹箭飞行仿真系统组成结构方案

2.2 弹箭飞行仿真系统工作方案设计

2.3 本章小结

3 弹道解算仿真程序开发与实现

3.1 坐标系、参考系及坐标变换

3.1.1 坐标系及参考基

3.1.2 坐标系的变换

3.2 弹箭飞行中所受动力学分析

3.2.1 气象条件

3.2.2 空气动力及其力矩

3.2.3 发动机的推力

3.3 弹箭飞行仿真运动学和动力学数学模型建立和解算

3.3.1 弹箭飞行仿真6D模型方程组

3.3.2 弹箭飞行解算C/C++程序

3.4本章小结

4 弹箭飞行仿真实时控制系统开发与实现

4.1 RTX实时系统的开发技术

4.1.1 Windows和RTX环境下对比分析

4.1.2 RTX和Win32系统下通讯传输速度对比

4.2 RTX实时系统驱动开发

4.2.1 RTX驱动的系统结构

4.2.2 RTX驱动开发

4.2.3 RTX驱动程序开发应用

4.3 RTX实时系统反射内存实时网络的建立

4.3.1 反射内存网络原理

4.3.2 反射内存网络拓扑结构

4.3.3 反射内存网络测试

4.4 RTX系统实时高速以太网驱动程序设计

4.5 本章小结

5 弹箭飞行仿真设备及软件开发与实现

5.1 三轴飞行仿真转台

5.1.1三轴飞行转台技术参数

5.1.2 三轴飞行转台程序

5.2 GNSS实时仿真模拟器

5.2.1 GPS/BD/GLONASS卫星信号模拟器技术参数

5.2.2 卫星信号模拟器程序

5.3 过载特性仿真器

5.4 负载特性仿真器

5.4.1 舵机负载器

5.4.2 压力负载器

5.5 本章小结

6 弹箭飞行视景仿真开发与实现

6.1 视景仿真软件介绍

6.1.1 系统仿真工具包STK软件简介

6.1.2 STK实时数据处理编程接口

6.1.3Visual Studio下STK软件开发

6.2 弹箭飞行视景方案设计

6.2.1 视景仿真的方案结构及流程

6.2.2 VS下STK的控制台方案设计

6.2.3弹箭飞行实时可视化仿真界面

6.3 本章小结

7 弹箭飞行仿真系统功能试验验证与分析

7.1 弹箭飞行仿真系统试验设备

7.2 弹箭飞行仿真系统系统功能验证

7.3 本章小结

8 总结与展望

8.1 总结

8.2 下一步工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢