هدایت‌ضمنی غیرحساس به خاموشی موتور با استفاده از اصلاح زاویه مسیر پرواز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالکاشتر، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

خاموش کردن ناگهانی موتور در موشک‌های سوخت جامد، پیچیده و پرهزینه است به‌طوری‌که روش‌های هدایتی مبتنی بر بردار سرعت لازمه کارایی مناسبی ندارند. در این مقاله رویکرد جدید هدایتی ضمنی و غیرحساس به خاموشی اجباری موتور ارائه می‌شود. ایده اصلی این روش در اصلاح زاویة مسیر پرواز از زمانی ثابت بر اساس اغتشاش وارده بدون نیاز به فرمان خاموشی اجباری موتور بوده، به‌طوری‌که پرتابه در انتهای زمان سوزش واقعی دارای زاویه مسیر پرواز لازمه شود. این اصلاح زاویه با استخراج یک تابع ضمنی ارتباط می‌یابد. به‌وسیله شبیه‌سازی، عملکرد این روش با روش هدایت پیش‌تنظیم در برابر عدم قطعیت‌ها یا اغتشاشات باد، ناهمراستایی تراست، تغییر در مقدار تراست و ضرایب آیرودینامیکی مقایسه شده و کارایی آن نشان داده می‌شود. مقدار احتمال خطای دایروی برای روش پیشنهادی km 1/242 به‌دست می‌آید که نسبت به روش هدایت پیش‌تنظیم ۶۱٪ کاهش را نشان می‌دهد. علاوه بر عدم نیاز به فرمان خاموشی اجباری موتور، از دیگر ویژگی‌های این روش نسبت به روش‌های هدایتی مبتنی بر سرعت لازمه، مقاومت بالای آن به اغتشاشات مختلف به ویژه عملکرد موتور، سادگی و بار محاسباتی کمتر آن است، اگرچه قبل از شلیک، پیش محاسبات زیادی لازم است انجام گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Cutoff Insensitive Implicit Guidance via Flight Path Angle Correction

نویسندگان [English]

  • Reza Esmaelzadeh 1
  • Abolghasem Naghash 2
چکیده [English]

The complexity and cost of solid fuel engines cut-off demands a comprehensive method for guiding these missiles so current required velocity methods can not solve this problem. This paper presents an implicit cut-off insensitive guidance scheme for ballistic missiles. The main idea behind this scheme is to correct the nominal flight path angle, at arbitrary time with respect to value of disturbances and uncertainties such as wind, thrust misalignment, thrust value, aerodynamic coefficients, to satisfy the nominal burnout time conditions. Compared with preset scheme, the proposed scheme is more robust to motor performance uncertainty. The circular error probability of proposed method is calculated about 1.242 km which is 61% less than preset method's circular error probability. It is also simpler and has a lighter calculation load. It is shown that the proposed algorithm has good performance through the computer simulation.
The circular error probability of proposed method is calculated about 1.242 km which is 61% less than preset method's circular error probability. It is also simpler and has a lighter calculation load. It is shown that the proposed algorithm has good performance through the computer simulation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ballistic Missiles Guidance
  • Cutoff Insensitive Guidance
  • Implicit Guidance
  • Preset Guidance

مراجع

[1] Kothari, M., and Padhi, R., 2008. “Energy-Insensitive Guidance of Solid Motor Propelled Long Range Flight Vehicles Using MPSP and Dynamic Inversion”. IFAC Proceedings Volumes, 41(2), pp. 14023-14028.
[2] Zarchan, P., 2012. Tactical and strategic missile guidance. American Institute of Aeronautics and Astronautics, 6th edn.
[3]  White, J.E., 1992. “Guidance and targeting for the strategic target system”. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 15(6), pp. 1313-1319.
[4]Battin, R.H., 1982. “Space guidance evolution - A personal narrative”. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 5(2), pp. 97-110.
[5]  Pourtakdoust, S.H., Pazooki, F., and Fakhri Noushabadi, M., 2009. “A neuro‐optimal approach for thrust‐insensitive trajectory planning”. Aircraft Engineering and Aerospace Technology, 81(3), pp. 212-220.
[6]  Bryson, A.E., 1999. Dynamic optimization. Addison Wesley Longman.
[7] White, J., 1993. “Cut-off insensitive guidance with variable time of flight”. Guidance, Navigation and Control Conference, American Institute of Aeronautics and Astronautics.
[8] De Swarte, T.W., 1971. “Cutoff Insensitive Guidance”. Master thesis, Massachusetts Institute of Technology,.
[9] امینی، م. ۱۳۷۴. ”طراحی سیستم هدایت موشک‌های بالستیک زمین به زمین“. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران.
[۱۰] علیزاده، ق. ۱۳۷۸. ”هدایت بدون خاموشی اجباری موتور موشک‌های زمین به زمین سوخت جامد“. رساله دکترا، دانشگاه تربیت مدرس.
[11] Nelson, S.L., and Zarchan, P., 1992. “Alternative approach to the solution of Lambert's problem”. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 15(4), pp. 1003-1009.
[12] Roshanian, J., and Esrafilian, M.R., 2007. “A New Approach to design of Cut-off Insensitive Guidance”. Proc. The 6th Iranian Aerospace Society Conference, Tehran, Iran.
[13]Kim, S.-J., and Um, T.-Y., 2014. “Flight-Path Angle Control for Cutoff Insensitive Guidance”. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 38 (4), pp. 706-710.
[14]  Siouris, G.M.: ‘Missile guidance and control systems’ (Springer, 2004. 2004)
[15]  Ahn, J., and Roh, W.R., 2014. “Analytic Time Derivatives of Instantaneous Impact Point”. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 37(2), pp. 383-390.
[۱۶]اسماعیل‌زاده، ر.، ۱۳۷۹. ”طراحی سیستم هدایت یک موشک بالستیک با استفاده از روش تابعی“. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی امیرکبیر.
[۱۷]  بهرامی، ع.ا.، ۱۳۷۱. ”هدایت بدون خاموشی اجباری موتور“. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف.
[۱۸]   اسماعیل‌زاده، ر.، نقاش، ا.، ۱۳۸۱. ”طراحی سیستم هدایت یک موشک بالستیک با استفاده از روش هدایت تابعی“. چهارمین کنفرانس انجمن هوافضای ایران، تهران، ایران.
[19] Betts, J.T., 1993. “Trajectory Optimization Using Sparse Sequential Quadratic Programming”. In Optimal Control: Calculus of Variations, Optimal Control Theory and Numerical Methods, Bulirsch, R., Miele, A., Stoer, J., and Well, K., Eds., Birkhäuser Basel, pp. 115-128.
[20]  Chapra, S.C., 2012. Applied numerical methods with MATLAB for engineers and scientists. McGraw-Hill, , 3rd ed.
[21] Papoulis, A., and Pillai, S.U., 2002. Probability, random variables, and stochastic processes. 4th ed., McGraw-Hill.
[22] Fehse, W., 2003. Automated rendezvous and docking of spacecraft. Cambridge University Press.
[۲۳] قدیری، ح، اسماعیل‌زاده، ر، ۱۳۹۲. ”ارزیابی اعتبار نرم‌افزارهای شبیه‌ساز هوافضایی“. اولین کنفرانس ملی رویکردهای نوین در مهندسی کامپیوتر و بازیابی اطلاعات ایران.
[۲۴] قدیری، ح، اسماعیل‌زاده، ر، قدیری، حامد، ۱۳۹۲. ” مفاهیم، اصول و چالش­های صحه­گذاری و اعتبارسنجی نرم‌افزارهای شبیه­ساز در حوزه هوافضا“. اولین کنفرانس ملی رویکردهای نوین در مهندسی کامپیوتر و بازیابی اطلاعات ایران.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 51، شماره 3
مرداد و شهریور 1398
صفحه 141-150

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار