بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله سعی بر آن است که به مطالعه چگونگی تعیین مسیر و هدایت پرتابه های دوران پایدار با توجه به قوانین و معادلات شش درجه آزادی حرکتی نیوتن، بررسی رفتار موشک ها از زمان پرتاب تا رسیدن هدف مورد نظر، تاثیرات نیروهای آیرودینامیکی و دینامیکی و عوامل محیطی بر روی آن، شبیه سازی شش درجه آزادی مسیر پرتابه ها، نمودار برد - ارتفاع، سرعت - زمان و شتاب- زمان با استفاده از نرم افزار سیمولینک متلب پرداخته شود. بمنظور شبیه سازی سیستم کنترلی که عوامل محیطی و آیرودینامیکی بصورت هم زمان بر هم تاثیر بگذارند، از زیرسیستم های جرم، اتمسفر، آیرودینامیک، جاذبه و معادلات پرواز شش درجه آزادی حاکم در محیط سیمولینک متلب استفاده شده است.
-1 مقدمه
بالستیک خارجی شاخه ای از عمل مکانیک است که به بررسی رفتار موشک از زمان پرتاب تا زمان دسترسی به هدف میپردازد. به عبارت دیگر هدف از این علم، مطالعه و بررسی اصول اولیه حرکت بالستیک، مفاهیم کاربردی آن و همچنین بررسی وقایعی است که پس از شلیک موشک، رهاسازی بمب و یا پرتاب یک پرتابه رخ می دهد. این امر مستلزم آشنایی با علم فیزیک، قوانین حرکتی نیوتن، علم مکانیک، بررسی و تحلیل نیروهای آیرودینامیکی و دینامیکی، محاسبات ریاضی و داشتن اطلاعات کافی در زمینه علم هواشناسی می باشد.
در نتیجه می توان با آگاهی از رفتار پرتابه در طول مسیر حرکت و عوامل تاثیر گذار بر آن به تعیین مسیر و هدایت آن پرداخت. امروزه با پیشرفت علم می توان از رایانه ها برای تحلیل و انجام محاسبات کمک گرفت، اما لازم به ذکر است در انجام این مطالعات به منظور دستیابی به نتیجه ای مطلوب و دسترسی به هدف، نیاز به متخصصان در این علم می باشد.
تشریح مسیر پرتابه، نیروهای آیرودینامیکی اعمالی بر روی پرتابه، ارزیابی اصول کلی و ممانها، شکل پرتابه، تحلیل مسیر، پایداری پرتابه، کنترل وضعیت، کنترل و هدایت مسیر از مهم ترین مسائلی است که در این علم مورد تحلیل و بررسی قرار می گیرند. به این ترتیب با توجه به اهمیت موضوع و نقش آن در تحلیل و بررسی رفتار پرتابه ها و موشک ها و هدایت آن ها، مطالعه و بحث در مورد بالستیک خارجی ضروری می باشد. [1]
بررسی تئوریک نیروهای آیرودینامیکی وارد بر گلوله هرگز آنطور که موردنظر بود توسعه نیافت و در این راستا ساده سازی های زیادی صورت گرفت تا در کنار آزمایشات تجربی فراوان انجام شده در طول سالیان گذشته روابط نیمه تجربی قابل قبولی ارائه شود. بین سالهای 1885 تا 1930چندین تست شلیک در سرتاسر جهان به منظور تعیین مشخصات درگ گلوله های استاندارد مورد استفاده در کشورهای مختلف صورت گرفت. [ 2] از مهمترین این تست ها میتوان به تست کراپ در آلمان سال 1881 و تست گاور در فرانسه به سال 1873 تا 1898 اشاره کرد. [3]
با توجه به پیچیدگی هایی که در جریان هوای اطراف گلوله بعلت سرعت دورانی بسیار بالا وجود دارد، روشهای تئوریک که مستقیماً منجر به حل مسأله شود وجود ندارد.[4] یکی از بنیادی ترین روش های تحلیل همان حل معادلات دیفرانسیلی حاکم بر بالستیک خارجی با استفاده از قوانین نیوتنی است که L.S.Dederik در سال 1958 به آن پرداخت Vorob .[5] در سال 2014 به تحلیل بالستیک خارجی با استفاده از روش SVD - روش موج ضربه ای - میپردازد.[6]
در سال 1388 در مقاله ای شبیه سازی شش درجه آزادی غیرخطی پرواز هواپیمای الاستیک ارائه میگردد. [7] یکی از پایه ای ترین روش ها برای تعیین منحنی ضریب درگ استفاده از تست پرواز میباشد. که Yanguan chen در سال 1997 به این مبحث میپردازد. [8] در سال 2012، Xjun jai با استفاده از روش Siacci به محاسبه بالستیک خارجی مهمات بر پایه اثر نهایی آن میپردازد. [9] همچنین در طول سالیان اخیر روشهای عددی کاربرد وسیعی در این زمینه پیدا نموده اند.
-2 محاسبه پارامترهای جرمی:
شرایط وزنی از اهمیت بسزایی در پایداری پروازی پرتابهها برخوردار است و تعیین موقعیت مرکز جرم و ممان اینرسی و وزن محصول دقت و حساسیت بالایی را میطلبد. در این راستا از اطلاعات موجود در صنعت دفاعی کشور راجع به راکت 107 میلیمتری موجود است، استفاده شده است. با توجه به این دادهها مرکز جرمی راکت در شروع و اتمام سوزش سوخت، مورد استفاده قرار گرفته است که مقدار عددی آن به ترتیب و است.
-3 محاسبه پارامترهای آیرودینامیکی و پایداری:
برای بدست آوردن ضرایب آیرودینامیکی و پایداری پروازی راکت از نرمافزار Missile Dactom و PRODAS استفاده شده است. ماهیت هر دو نرمافزار یکسان بوده و ضرایب آیرودینامیکی جسم پرنده را با توجه به شرایط پروازی و ابعادی آن بدست میآورد. که تفاوت این دو در دقت برخی از ضرایب آیرودینامیکی مانند ضریب نیرو و گشتاور مگنس1، گشتاور پیچشی میباشد.
البته ناگفته نماند که امکانات PRODAS و خروجیهای آن بسیار گستردهتر و بیشتر از Missile Dactom است. درنهایت برای استفاده در معادلات ضرایب خروجی از نرم افزار Prodas استفاده شده است. جهت استفاده از هردو نرمافزار نیاز به مولفههای پروازی شرایط هوا، سرعت اولیه و زاویه حمله مدنظر است. این پارامترها عبارتند از:
· ماخ پروازی:1
سرعت اولیه راکت یا همان سرعت خروج از لانچر2 طبق دادههای صنعت دفاعی کشور 37 متربر ثانیه است.
· زاویه حمله:
برای نرم افزار MD شش مقدار 10، 8، 6، 4، 2، 0 درجه در نظر گرفته شده است.
· عدد رینولدز: - REN - 3
عدد رینولدز را با توجه به رابطه - 3-3 - میتوان بدست آورد که در آن سرعت پرتابه و چگالی هوا 1 - کیلوگرم بر متر مکعب - و لزجت4 هوا 1,75 - نیوتون بر متر مربع - میباشند.
· تعیین مشخصات ابعادی پرتابه:
مشخصات ابعادی راکت 107 میلیمتری مطابق شکل زیر که به صورت شماتیک رسم شده است، میباشد.
