火箭武器防空反导效能研究与系统仿真

论文摘要

论文结合国家重点科研项目，以某应用于城市防空体系中的新型多管火箭武器为基础，建立了一套火箭武器防空反导效能分析的理论模型，采用理论分析和系统仿真相结合的方法的研究了多管火箭武器在防空反导体系中的效能。 依据坐标毁伤定律建立了火箭武器对空射击模型。对目标进行了合理假定，建立了命中位置的求解方程。系统地分析了武器系统的误差来源，推导了各误差源所引起的射击误差计算公式。 通过建立燃气流冲击力模型并根据火箭炮的结构采用ADAMS动力学仿真分析软件建立三维实体几何模型进行发射动力学研究，得到了当发射间隔缩短以后系统的起始扰动值。此外，当后弹出炮口时，由于发射间隔很短，前弹和后弹的距离较近，这使得前弹燃气流冲击力对后弹外弹道也产生了一定的影响。本文通过建立外弹道模型，分析了后弹出炮口后的受力情况，采用CFD（Computational Fluid Dynamics）方法对燃气流的作用力进行数值分析，得到了前弹燃气流对后弹作用力和作用点的变化情况。 建立了火箭弹的六自由度刚体外弹道方程，采用蒙特卡洛方法进行仿真求解，得到了武器系统的射击准确度和射击密集度。然后建立了武器系统对目标的命中概率模型和毁伤概率模型，在MATLAB环境下编制了仿真软件，根据武器系统的射击准确度和射击密集度，采用蒙特卡洛方法进行仿真求解，仿真结果表明当目标散布较小时，集火射击体制比多射击诸元体制对目标的毁伤概率高，当目标散布较大时，采用多射击诸元体制对目标的毁伤概率相对较高。 以上述模型为基础，以毁伤概率为优化目标，采用微粒群算法（PSO）对该系统待优化的各参量进行综合优化。优化结果表明，若该系统能够在航路上对目标实施三次齐射，则系统对目标的毁伤概率可达到0.612。 采用面向对象的技术，在VC++6.0环境下，开发了火箭武器防空反导仿真系统，进行仿真试验。以OpenGL为基础建立战场仿真系统，对多管火箭武器系统防空反导的过程进行多角度的视景仿真，从直观上演示系统对目标的毁伤效能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文的选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 巡航导弹的特性
• 1.2.2 防空反导模型
• 1.2.3 武器系统效能分析的综述
• 1.2.4 毁伤模型的建立
• 1.2.5 仿真模型的建立
• 1.3 本论文的主要工作
• 1.3.1 本论文研究内容
• 1.3.2 本论文的主要贡献和创新点
• 2 火箭武器对空射击模型
• 2.1 坐标系与坐标变换
• 2.1.1 坐标系的建立
• 2.1.2 相对速度及其方向余弦
• 2.1.3 坐标变换
• 2.1.4 各矢量在各坐标系中的方向余弦
• 2.2 求解命中位置方程
• 2.3 射击范围
• 2.3.1 杀伤区与发射区
• 2.3.2 射击时间
• 2.3.3 开火距离
• 2.4 本章小结
• 3 射击误差分析
• 3.1 各误差源的分析
• 3.1.1 指挥仪输出诸元的误差
• 3.1.2 随动系统的工作误差
• 3.1.3 初速的误差
• 3.1.4 空气密度的误差
• 3.1.5 引信作用时间的误差
• 3.1.6 弹道风的误差
• 3.1.7 平均装填时间的误差
• 3.1.8 推力偏心对射击误差的影响
• 3.2 燃气流对射击误差的影响
• 3.2.1 控制方程组
• 3.2.2 差分格式
• 3.2.3 冲击力分析
• 3.2.4 燃气流作用力对后弹的影响
• 3.3 射击密集度仿真研究
• 3.3.1 起始扰动计算
• 3.3.2 外弹道方程
• 3.3.3 仿真计算
• 3.4 射击准确度仿真研究
• 3.5 本章小结
• 4 射击效率分析
• 4.1 命中概率计算模型
• 4.1.1 炸点散布误差
• 4.1.2 目标位置误差
• 4.1.3 单发命中概率
• 4.1.4 单门炮一次齐射对目标的命中概率
• 4.1.5 多门炮齐射时对目标的命中概率
• 4.1.6 仿真计算
• 4.2 毁伤概率的计算
• 4.2.1 目标的毁伤
• 4.2.2 集火射击体制下对目标的毁伤概率
• 4.2.3 多射击诸元体制下对目标的毁伤概率
• 4.2.4 仿真计算
• 4.3 对模型的优化
• 4.3.1 设计变量和约束函数的确定
• 4.3.2 选择优化方法
• 4.3.3 程序设计与优化结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 仿真系统
• 5.1 视景仿真技术
• 5.2 高级图形编程接口OPENGL
• 5.2.1 OpenGL简介
• 5.2.2 OpenGL的工作结构
• 5.2.3 OpenGL的功能及操作步骤
• 5.3 火箭武器防空反导仿真系统
• 5.3.1 系统功能介绍
• 5.3.2 系统设计
• 5.3.3 软件实现
• 5.4 本章小结
• 6 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录一 仿真系统部分场景
• 攻读博士学位期间发表的学术论文