[發(fā)明專利]一種單發(fā)夾角式火箭助推發(fā)射無人機起飛階段的仿真方法

在審

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• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108108524A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊廣;蔣盼盼;黃琪;韓濤鋒;符松海
• 申請（專利權(quán)）人: 江西洪都航空工業(yè)集團有限責(zé)任公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

一種單發(fā)夾角式火箭助推發(fā)射無人機起飛階段的仿真方法，首先對在軌滑行、脫架至火箭脫落和上升到安全高度、速度飛行三個階段的運動機理進行分析，以確定各飛行階段作用在飛機上的力和力矩，再利用三狀態(tài)機體運動方程組建立數(shù)學(xué)模型，并運用Matlab仿真環(huán)境以完成數(shù)模仿真，進而獲得可靠的無人機安全發(fā)射包線，為無人機安全發(fā)射起飛提供有力技術(shù)支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機起飛仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單發(fā)夾角式火箭助推發(fā)射無人機起飛階段的仿真方法。

背景技術(shù)

無人機發(fā)射系統(tǒng)是無人機的一個重要功能系統(tǒng)，而無人機安全發(fā)射包線則屬于無人機發(fā)射系統(tǒng)的核心參數(shù)，旨在保證無人機順利升空以達到安全的高度與速度飛行。

對于采用火箭助推發(fā)射方式起飛的無人機，發(fā)射起飛階段故障率高，風(fēng)險大，因此為確保飛行安全，需提供無人機安全發(fā)射包線，一套成熟的用于火箭助推無人機起飛發(fā)射段仿真方法顯得十分重要。由于助推火箭在很短的時間(一般為2s左右)內(nèi)向無人機提供大量能量，使其速度迅速增加，以達到安全速度，并達到一定的安全高度，時間很短但劃分為三個連續(xù)階段：在軌滑行、脫架至火箭脫落和上升到安全高度、速度飛行階段；目前采用的發(fā)射起飛段仿真方法，雖然也是基于三狀態(tài)機體動力學(xué)方程組，能夠得到具有一定意義的發(fā)射起飛段特性，但仍然存在以下不足：

1)針對單個或部分階段進行分離式研究，雖能夠獲得某個或部分階段的力和力矩特性，但難以全局掌握整個發(fā)射起飛階段的飛行特性，而實際飛行中，既希望能夠安全脫軌、脫架，也能夠安全爬升達到安全高度、速度，每一個階段都很重要，連續(xù)考慮才能全局了解飛機飛行特性，掌握安全包線，顯然僅考慮某個或部分階段的飛行特性是不夠；

2)對三狀態(tài)機體動力學(xué)方程組進行了較多簡化假設(shè)，如忽略了作用在飛機上的導(dǎo)軌摩擦力、前后支架支反力、質(zhì)量的變化等，嚴重降低模型的逼真度，從參數(shù)敏感性分析，敏感性高的不容簡化，而忽略敏感性低也易導(dǎo)致精準度不足；

3)對在軌滑行階段的處理，忽略了脫鉤或解鎖前飛機受發(fā)射架牽引約束，飛行軌跡實際是弧形運動，簡單以平軌滑行的方式處理，在俯仰角速度等參數(shù)上過于保守，進而造成模型失真；此外，對于以俯仰角速度作為輸入的控制律設(shè)計，忽略牽引約束，既無法模擬真實飛行情況，也不利于指導(dǎo)飛行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種單發(fā)夾角式火箭助推發(fā)射無人機起飛階段的仿真方法，以解決上述背景技術(shù)中的缺點。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種單發(fā)夾角式火箭助推發(fā)射無人機起飛階段的仿真方法，首先對在軌滑行、脫架至火箭脫落和上升到安全高度、速度飛行三個階段的運動機理進行分析，以確定各飛行階段作用在飛機上的力和力矩，再利用三狀態(tài)機體運動方程組建立數(shù)學(xué)模型，并運用Matlab仿真環(huán)境以完成數(shù)模仿真，具體步驟如下：

1)在軌滑行階段

①此階段飛機系統(tǒng)由飛行器、發(fā)射架和火箭助推器組成，當發(fā)射架受力達到倒架啟動力后，發(fā)射架牽引帶來飛機弧形運動提供向下的俯仰角速度，在數(shù)學(xué)模型中引入俯仰角速度運動特性，利用三狀態(tài)機體運動方程組建立數(shù)學(xué)模型：