Dynamics Research for a Vertical Soft Launched Missile with Four Rocket Pulse Engines

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2024.02.003

Abstract

Abstract:

There is a big difference between the turning control technology for four rocket pulse engines and other turning control technologies for vertical soft launched missiles. In view of this problem， the turning segment line motion equation， the attitude motion equation， and the turning information equation of the missile were established in this paper. The turning time sequence was designed， and a turning control strategy was designed by introducing the prediction model and the corresponding criterion. Based on the strategy， the parameter matching research was carried out. Finally， a large range of adjustment of the missile axis was realized by a simple device. A simulation example was given to verify the effectiveness of the proposed parameter matching relationship and the turning control strategy.

Key words: vertical launch, soft launched missile, dynamics research, solid rocket pulse engines, simple control, initial turning control, turning strategy

摘要：

针对四推冲器转弯控制技术与其他垂发冷弹射导弹转弯控制技术存在较大差异的问题，建立了导弹的转弯段线运动方程、姿态运动方程和待转信息方程；设计了转弯时序，通过引入预估模型及相应判据设计了转弯控制策略；并基于上述策略开展了参数匹配研究；通过简易装置实现了弹体轴线的大范围调节。通过仿真算例验证了所提出参数匹配关系以及转弯控制策略的有效性。

关键词: 垂直发射, 冷弹射导弹, 动力学研究, 推冲器, 简易控制, 转弯控制, 转弯策略

CLC Number:

TJ 760.11

Xiaofeng SUN, Yi LI, Yida GUO. Dynamics Research for a Vertical Soft Launched Missile with Four Rocket Pulse Engines[J]. Modern Defense Technology, 2024, 52(2): 22-32.

孙晓峰, 李毅, 郭一达. 垂发冷弹射导弹四推冲器转弯动力学研究[J]. 现代防御技术, 2024, 52(2): 22-32.

Figures/Tables 18

Fig. 1 Installation locations of attitude control cabin

Fig. 2 Simulation flow chart

Fig. 3 Simulation results of residual turning angle without disturbance

Fig. 4 Simulation results of roll angle without disturbance

Fig. 5 Simulation results of yaw angle without disturbance

Fig. 6 Simulation results of pitch angle without disturbance

Fig. 7 Simulation results of pitch angle velocity without disturbance

Fig. 8 Simulation results of yaw angle velocity without disturbance

Table 1 Starting time of rocket pulse engines in simulation group A（a） without disturbance

仿真组A（a）射向角/（°）	$T 1 #$ /s	$T 2 #$ /s	$T 3 #$ /s	$T 4 #$ /s
0	1.251	2.121	2.121	1.881
10	1.251	2.051	1.741	1.251
20	1.251	2.081	1.791	1.251
30	1.251	2.101	1.841	1.251
40	1.251	2.131	1.901	1.251
50	1.251	2.131	1.951	1.251
60	1.251	2.051	2.051	1.251
70	1.251	2.041	2.041	1.251

Table 1 Starting time of rocket pulse engines in simulation group A（a） without disturbance

仿真组A（a）射向角/（°）	$T 1 #$ /s	$T 2 #$ /s	$T 3 #$ /s	$T 4 #$ /s
0	1.251	2.121	2.121	1.881
10	1.251	2.051	1.741	1.251
20	1.251	2.081	1.791	1.251
30	1.251	2.101	1.841	1.251
40	1.251	2.131	1.901	1.251
50	1.251	2.131	1.951	1.251
60	1.251	2.051	2.051	1.251
70	1.251	2.041	2.041	1.251

Table 2 Starting time of rocket pulse engines in simulation group A（b） without disturbance

仿真组A（b）射向角/（°）	$T 1 #$ /s	$T 2 #$ /s	$T 3 #$ /s	$T 4 #$ /s
0	1.251	2.591	2.591	2.381
10	1.251	2.341	2.101	1.251
20	1.251	2.381	2.151	1.251
30	1.251	2.411	2.211	1.251
40	1.251	2.421	2.261	1.251
50	1.251	2.351	2.351	1.251
60	1.251	2.351	2.351	1.251
70	1.251	2.351	2.351	1.251

Table 2 Starting time of rocket pulse engines in simulation group A（b） without disturbance

仿真组A（b）射向角/（°）	$T 1 #$ /s	$T 2 #$ /s	$T 3 #$ /s	$T 4 #$ /s
0	1.251	2.591	2.591	2.381
10	1.251	2.341	2.101	1.251
20	1.251	2.381	2.151	1.251
30	1.251	2.411	2.211	1.251
40	1.251	2.421	2.261	1.251
50	1.251	2.351	2.351	1.251
60	1.251	2.351	2.351	1.251
70	1.251	2.351	2.351	1.251

Table 3 Disturbance condition in simulation group A（c）

仿真组	$ω x$ / （（°）·s^-1）	$ω y$ /（（°）·s^-1）	$ω z$ /（（°）·s^-1）
A（c）-1	5.00	1.74	9.85
A（c）-2	5.00	5.00	8.66
A（c）-3	5.00	8.66	5.00
A（c）-4	5.00	10.00	0
A（c）-5	-5.00	1.74	9.85
A（c）-6	-5.00	5.00	8.66
A（c）-7	-5.00	8.66	5.00
A（c）-8	-5.00	10.00	0

Table 3 Disturbance condition in simulation group A（c）

仿真组	$ω x$ / （（°）·s^-1）	$ω y$ /（（°）·s^-1）	$ω z$ /（（°）·s^-1）
A（c）-1	5.00	1.74	9.85
A（c）-2	5.00	5.00	8.66
A（c）-3	5.00	8.66	5.00
A（c）-4	5.00	10.00	0
A（c）-5	-5.00	1.74	9.85
A（c）-6	-5.00	5.00	8.66
A（c）-7	-5.00	8.66	5.00
A（c）-8	-5.00	10.00	0

Table 4 Starting time of rocket pulse engines in simulation group A（c） with disturbance

仿真组A（c）扰动条件	$T 1 #$ /s	$T 2 #$ /s	$T 3 #$ /s	$T 4 #$ /s
A（c）-1	1.251	2.631	2.631	1.251
A（c）-2	1.251	2.871	2.631	1.251
A（c）-3	1.251	3.101	2.391	1.251
A（c）-4	2.891	3.491	3.491	1.251
A（c）-5	1.251	2.451	2.811	1.251
A（c）-6	1.251	2.731	2.741	1.251
A（c）-7	1.251	3.011	2.681	1.251
A（c）-8	1.251	3.241	2.301	1.251

Table 4 Starting time of rocket pulse engines in simulation group A（c） with disturbance

仿真组A（c）扰动条件	$T 1 #$ /s	$T 2 #$ /s	$T 3 #$ /s	$T 4 #$ /s
A（c）-1	1.251	2.631	2.631	1.251
A（c）-2	1.251	2.871	2.631	1.251
A（c）-3	1.251	3.101	2.391	1.251
A（c）-4	2.891	3.491	3.491	1.251
A（c）-5	1.251	2.451	2.811	1.251
A（c）-6	1.251	2.731	2.741	1.251
A（c）-7	1.251	3.011	2.681	1.251
A（c）-8	1.251	3.241	2.301	1.251

Fig. 9 Simulation results of residual turning angle with disturbance

Fig. 10 Simulation results of roll angle with disturbance

Fig. 11 Simulation results of yaw angle with disturbance

Fig. 12 Simulation results of pitch angle with disturbance

Fig. 13 Simulation results of pitch angle velocity with disturbance

Fig. 14 Simulation results of yaw angle velocity with disturbance

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