87MODELOWANIElotu BOMBY uskrzydlonej PW.pdf

(1169 KB) Pobierz
prof.drhab.inŜ.JerzyMARYNIAK*
drinŜ.EdytaŁADYśYŃSKA–KOZDRAŚ**
drinŜ.MaciejLASEK***
mgrinŜ.MarekKALSKI*
*InstytutTechnikiLotniczejiMechanikiStosowanejPolitechnikaWarszawska
**ZakładMechanikiStosowanejPolitechnikaWarszawska
***PaństwowaKomisjaBadaniaWypadkówLotniczych
MODELOWANIEISYMULACJANUMERYCZNA
LOTUBOMBYUSKRZYDLONEJ
OZMIENNEJKONFIGURACJISKRZYDEŁ
W oparciu o modelowe badania aerodynamiczne
wyznaczonocharakterystykiaerodynamicznedlaróŜnych
kątów rozłoŜenia skrzydeł w zakresie
≤ν .
Opracowano model matematyczny i symulacyjny.
Przedstawionosymulacjęnumerycznąpokazująctorylotu
zrzutu z róŜnych wysokości, na róŜnych prędkościach
orazskosachskrzydeł ν x =0,30,60,90degibombybez
skrzydeł.Wynikiprzedstawionograficznie.
0
≤
90
deg
1.Wstęp
W pracy przedstawiono moŜliwości zastosowania dla pewnej klasy bomb
lotniczych systemu uskrzydlonego adaptera o zmiennym skosie skrzydeł,
umoŜliwiającegopodwieszeniebombywceluzwiększeniajejzasięgu(rys.1).
Rys.1.ZrzutbombyprzyróŜnymrozwarciuskrzydeł:1. ν x =0deg,2. ν x =30deg,
3. ν x =60degiwkonfiguracjigładkiej„4”
Opracowanie systemu umoŜliwiającego zrzut środków bojowych z samolotów
spoza zasięgu obrony przeciwlotniczej przeciwnika jest jednym z waŜniejszych
zagadnieńtaktykizakładającejataknacelenaziemnespozastrefyraŜeniaobrony
przeciwlotniczej(rys.1).
Powstało kilka rozwiązań takich urządzeń. Między innymi zestaw LongShot –
UskrzydlonyZestawNawigacyjnyfirmyLockheedMartin[3,21]LongShotjesttanim,
samonośnym skrzydlatym adapterem, umoŜliwiającym zwiększenie zasięgu
87
968415114.020.png
istniejących lotniczych środków bojowych klasy powietrzeziemia oraz ich
autonomiczne kierowanie (rys.2, rys.3). Konfiguracja adaptera umoŜliwia uŜycie
szerokiegowachlarzaśrodkówbojowychowagomiarzedo250kilogramów(rys.4)
Rys.2.BombakasetowaRockeyezadapteremLongShot[3,21]podwieszonapod
skrzydłemsamolotu
Rys.3.ZrzutbombyCBU87/97zsamolotuzrozłoŜonymadapterem[21]
LongShotjesttanimiprostymadapteremzintegralnymsterowaniemGPS,który
moŜnazamontowaćdowiększościbombuŜywanychwsiłachpowietrznychUSA(np.
rys.4).MoŜnagouŜywaćjakotaniegosposobuuczynieniazezwykłejbombypocisku
precyzyjnego o duŜym zasięgu lub w celu przedłuŜenia zasięgu dla bomby
precyzyjnej.AdapterumoŜliwiazrzutzwysokoścido12000miumoŜliwiauzyskanie
zasięgudo100km.
Adapter firmy Lockheed Martin wykorzystano jako wzór przy opracowaniu [3]
aerodynamicznychbadańmodelowychorazsymulacjinumerycznej.
Dynamikębomblotniczychprzedstawianowszeregupracach[7,14,18,19,20].
SzczególnąuwagęnaleŜyzwracaćnamomentzrzutuilotwpobliŜynosiciela,gdzie
duŜeznaczenieodgrywainterferencjabomba–nosiciel[4,5,6,15,16,17].
Środki raŜenia w postaci bomb podwieszanych pod adapter, który umoŜliwia
precyzyjnesterowanieaktywnenazadanycellublotprogramowypozadanymtorze,
wymagają odpowiedniego sterowania oraz nałoŜenia więzów umoŜliwiających
zadanyprogramrealizacjilotu[1,2,8,9,12,13].
Przedstawione w literaturze prace mogą i powinny być wykorzystane przy
nowoprojektowanychimodyfikowanychśrodkachraŜeniawPolsce.
88
968415114.021.png
Rys.4.PrzykładmoŜliwychpodwieszeńpodadapterLongShot[21]
2.Modelmatematycznylotuzasobnikabomby
Dynamiczne równania ruchu wyprowadzono w układzie odniesienia względnym
sztywnozwiązanymzzasobnikiemOxyz(rys.5).
Rys.5.PrzyjęteukładyodniesieniaorazkątypołoŜeniaiskładoweprędkości
liniowejikątowej
89
968415114.022.png 968415114.023.png 968415114.001.png 968415114.002.png 968415114.003.png 968415114.004.png
Narys.5przedstawionoprzyjęteukładyodniesieniaorazprędkości:liniową V
ruchubombyikątową obrotubombyorazichskładowe,gdzie:
O 1 x 1 y 1 z 1 –układodniesienianieruchomy–inercyjny;
Ox g y g z g –układodniesieniazpoczątkiemwpunkcie„O”bomby,równoległydo
układuinercyjnegoO 1 x 1 y 1 z 1 ;
Oxyz–układodniesieniazpoczątkiemwpunkcie„O”sztywnozwiązanyz
zasobnikiem;
ψ –kątodchyleniazasobnika;
θ –kątpochyleniazasobnika;
φ –kątprzechyleniazasobnika;
Przyczym:prędkośćlotuzasobnika
(1)
V
=
U
+
V
+
W
0
prędkośćkątowazasobnika
(2)
=
P
+
Q
+
R
Rys.6.Układywspółrzędnychzwiązanezbombąorazsiłyimomentysiłdziałające
nabombęwlocie
Ogólnerównaniaruchudlanieodkształcalnegoobiektulatającegowyprowadzono
stosującrównaniadynamiki[10,11]wukładzieodniesieniaOxyzsztywnozwiązanym
zobiektem(rys.6),któregopoczątekznajdujesięwdowolnieprzyjętympunkcie„O”
niebędącymśrodkiemmasy.
PochodnapęduΠwzględemczasurównasięsumiesiłzewnętrznychF:
δ
Π
+
×
Π
=
F
(3)
δ
t
PochodnakrętuK 0 względemczasurównasięsumiemomentówsiłzewnętrznych
M 0 :
δ
K
0
(4)
+
×
K
+
V
×
Π
=
M
0
0
0
δ
t
przyczym
Π
=
m
⋅⋅⋅⋅
( 0
V
+
×
r
)
(5)
Równania(3),(4),(5)poprzekształceniachwpostacimacierzowej:
~
.
∗
M
V
+
KMV
=
Q
(6)
90
968415114.005.png 968415114.006.png 968415114.007.png 968415114.008.png 968415114.009.png 968415114.010.png 968415114.011.png 968415114.012.png 968415114.013.png 968415114.014.png
gdzie: K–macierzzwiązkówkinematycznych,
~
zmodyfikowanamacierzbezwładności[11],
M
=
M
+
M
.
W
.
V
.
.
.
.
.
.
wektorprzyspieszeń,
(7)
T
=
[
U
,
V
,
W
,
P
,
Q
,
R
]
wektorprędkości,
(8)
T
V
=
[
U
,
V
,
W
,
P
,
Q
,
R
]
wektorsiłzewnętrznych.
(9)
∗
T
Q
=
[
X
,
Y
,
Z
,
L
,
M
,
N
]
Składowewektorasiłzewnętrznychdziałającychnaobiekt:
∗
a
g
T
δ
Q
=
Q
+
Q
+
Q
+
Q
(10)
Gdzie: Q wektorsiłimomentówsiłaerodynamicznych,
Q wektorsiłimomentówgrawitacyjnych,
Q wektorsiłimomentówsiłodzespołunapędowego,
Q wektorsiłsterujących.
δ
Postaciemacierzysiłzewnętrznychwrozwiniętejformieprzedstawionowpracy
[10].
Doobliczeńprzyjęto,ŜebombaposiadapłaszczyznęsymetriiOxz, geometryczną,
aerodynamicznaorazmasową.
y c =0,S y =0,J yz =J xy =0,C y =0,
Powodujeto,Ŝerównaniaruchubombyzostająuproszczonedopostaci:
(
)
.
.
2
2
m
U
+
QW
−
RV
−
S
Q
+
R
+
S
Q
+
PR
=
−
mg
sin
θ
+
X
Z
(11)
1
(
) Q
2
0
−
ρ
SV
c
cos
β
cos
α
−
C
sin
α
+
X
X
Z
a
2
.
+
.
−
.
m
V
+
RU
−
PW
+
S
R
QP
−
S
P
QP
=
mg
cos
θ
sin
Φ
+
X
Z
(12)
1
(
)
2
0
+
ρ
SV
−
c
sin
β
+
Y
P
+
Y
R
+
Y
δ
X
P
R
δ
V
2
V
(
)
−
.
.
2
2
m
W
+
PV
−
QU
−
S
Q
PR
−
S
Q
+
P
=
mg
cos
θ
cos
Φ
+
X
Z
(13)
1
(
)
2
0
−
ρ
SV
c
cos
β
sin
α
+
c
cos
α
+
Z
Q
+
Z
δ
X
Z
a
δ
H
2
.
(
)
.
.
+
J
P
−
J
−
J
QR
−
J
R
PQ
−
S
V
−
PW
+
UR
=
−
mgz
cos
θ
sin
Φ
+
X
y
z
xz
z
c
1
[
(
) (
)
]
(14)
−
ρ
SV
2
z
−
c
sin
β
+
c
c
cos
β
cos
α
−
c
sin
α
+
O
a
X
mxa
mza
2
+
L
P
+
L
R
+
L
δ
P
R
δ
L
L
(
)
.
.
.
(
)
2
2
J
Q
−
J
−
J
RP
−
J
R
−
P
−
S
W
+
VP
−
UQ
+
S
U
−
VR
+
QW
=
y
z
x
xz
x
z
(15)
1
(
)
(
) +
2
=
−
mg
z
sin
θ
+
x
cos
θ
cos
Φ
+
ρ
SV
[
−
z
C
cos
β
sin
α
−
c
sin
α
c
c
O
a
x
za
2
91
968415114.015.png 968415114.016.png 968415114.017.png 968415114.018.png 968415114.019.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin