系统工程课程设计报告

系统工程课程设计报告课题名称：弹道导弹总体设计姓名学号：赵振宇200505017028熊兵200505017023孙清200505017020朱刚200505017029培养类型：工程技术专业：系统工程所属学院：五院年级：2005级指导教员：朱一凡职称：教授所属单位：信息系统与管理学院系统工程系2一、设计思路1.1设计要求二级弹道导弹，给定弹道导弹射程要求，Lmax=9200km给定导弹的有效载荷，mp=1800kg给定液体发动机参数，比推力Ps=283(s)要求通过计算确定导弹的起飞重量、导弹的结构质量系数、结构尺寸（弹径）、导弹飞行主动段终点参数、导弹的飞行弹道曲线。1.2设计思路采用弹道导弹两类设计程序中的第一类设计程序进行设计，即给定导弹的最大射程和有效载荷，解算出弹道导弹的起飞质量。导弹的最大射程与弹道主动段终点参数有关，即最大射程决定于kv、k和kr。根据最大射程需求可以确定导弹主动段终点参数的需求。其次，主动段终点的速度是导弹飞行过程中发动机不断产生推力而逐渐增加的。需要通过弹道方程积分得出，因此可以通过导弹的弹道方程的计算可以由导弹主动段终点参数解出导弹的各级结构质量系数1和2。最后，由已知1和2的值和导弹质量方程求解出导弹的起飞质量，再根据导弹的弹径公式算出mD。二、设计步骤2.1计算主动段终点参数导弹的弹道主动段终点参数与最大射程有关，即最大射程决定于vk、k和rk。故根据最大射程需求可以确定导弹主动段终点参数的需求。主动段终点参数的计算公式：*sin1arctan2()cosckkcRRhRRLLkcmaxkckkhRvtan2tan20其中，R为地球半径，取R=6371110m，max9200Lkm，Lk为主动段射程，取max0.050.059200460kLLkm3hk为主动段飞行高度，取0.50.5460230kkhLkm)/(1098.323140sm由以上公式可以计算得出导弹飞行的主动段的终点参数。2.2计算导弹的起飞参数弹道方程：sin.........................(1)()()cos..........................................(2)cos...............................................(3)sin.......................dvPXgdtmtmtdgdtvdxvdtdyvdt00........................(4)().................................................(5)()01..................................(6)...............................................(01prttmtmmdtmdtm0207)...............................................(8).......................................(9)sPmpgRggRy式中的已知量是：0,,,sgRPP，由已知量可通过式（8）直接推出m，利用龙格库塔法（lung-kuta）解此弹道方程,主要是解微分方程（1）。若取步长1t，假设01m已知，当t=[0,1]时，由式（7）解得0t，由0t及式（5）解得0t；00ty，解式（9）可得0tg；由式（6）解得()mt。由212xMXCvS代替X，其中只有v为未知量。其中xC，可由0ty及大气方程解出。MS为发动机参数，定为42m。现在,式（1）中的未知量都确定完毕，对式（1）用龙格库塔法计算得到1tv；4由1tv解式（4），得到1ty；由1ty可开启下一步t=[1,2]计算。各变量求解示意图如下：0t0t0tg1ty0t(0)xtC0t01m1tv0ty在求解方程1时各变量的值是随时间变化的，而这里以nt时刻的固定值代替,1[]nntt区间的变化值，好处是使弹道方程得以利用龙格库塔法求解，坏处是求解不精确。为尽量减少误差，在编程计算时，各变量的值采用的是1/2nt时刻的值。用其他方程验证发现用中值比初值误差有很大的提高。方程以1KV，2KV为终止条件，分段积分计算得出1，2。由1，2通过质量方程计算得出01m，02m。注意到在解弹道方程时01m，02m是作为已知量输入的。解题思路即是：先给定01m，02m初值，通过弹道方程和质量方程算出01m，02m，利用循环迭代的方法，得到01m，02m的准确值。迭代过程中01m，02m将逐渐趋于稳定。2.3确定其他参数求得导弹的各级结构质量系数1和2之后，就可以计算计算出导弹的起飞参数,根据导弹的质量方程：00100.0341(1)0.01[13.5]iiiiikimimmNKNe5可以求得导弹的各级初始质量，从而求得起飞质量。再根据导弹的弹径公式，014mmmDP可以求得导弹的弹径。2.4验算设计参数利用【1】所介绍的验算方法进行验算，其公式如下：约束条件20k2kkkkkkkkk22kRg)h(RvνhνcRtanθνbν)hR(2)θtanR(12aaacbb2ηtanRηlL若满足03.0maxmaxLLL则设计可行。三、计算过程3.1根据最大射程要求计算主动段终点参数主动段终点参数公式：*sin1arctan2()cosckkcRRhRRLLkcmax已知，R=6371110m，max9200Lkm，460kLkm，230khkm计算可得max92004601.37186371.11kcLLR6*sin1arctan2()cos16371.11sin1.3718arctan2(6371.11230)6371.11cos1.371816371.110.9802arctan26601.116371.110.19771arctan1.1691224.739ckkcRRhR由此可以计算得出导弹的主动段终点的入射角度为24.739主动段终点的速度公式：kckkhRvtan2tan20其中)/(1098.323140sm故可以得到：052tantan223.98101.3718tantan24.7396371.1123026.742km/sckkkvRh故导弹主动段终点的速度为6.742km/s3.2计算导弹的起飞参数根据导弹的主动段的弹道方程可以计算得出：10.736和20.782再根据导弹质量方程，0101(1)iiiikimmNK计算，其中取10.031N，20.048N可以得到：0168238.86mkg，0213520.25mkg，故导弹的起飞质量为68238.86kg。7由导弹直径公式，014mmmDP其中216000/mPkgm，0168238.86mkg，3.14计算得2.331mDm四、验算结论由2.4所列公式计算得9208.9kmL满足03.0maxmaxLLL则设计参数为：*24.739k6.742km/skv10.73620.7820168238.86mkg0213520.25mkg2.331mDm五、心得体会课程设计是一门非常重要的实践性课程。这门课在有限的时间内最大限度的培养了我们的自学能力和分析解决问题的能力。他使我们有机会在实践中检验自己所学的知识和理论，检验了我们的前一阶段的学习成果。通过这次实践，我们加深了对系统工程的理论和方法的认知，提高了应用系统工程的原理解决相关实际问题的能力。在这次实践过程中，我们对导弹武器设计的原理和方法有了较深刻的认识，对于相关的计算和论证有了一定的了解，这些都为我们以后的学习和工作打下了良好的基础。同时，通过彼此之间的交流，我们这个组真正做到了互相启发，团8结一致。在整个过程中全组成员凝聚成了一个整体，以团体的力量来解决实际中的困难。这是我们最为宝贵的经验和成果。当然，在这个过程中我们还是有着不少的经验和和教训的。其中最重要的一点是想得到和做的到是两回事，往往我们把一个问题想的很明白，可做起来就是另一回事了，这就叫眼高手低吧。另外就是沟通和协调的问题了，统一大家的思想，保持协调一致的步调，是一个团队成功的关键因素，这也是我们在经历了多次争论后才感悟到的。这次课程给我们留下了深刻的印象，不仅因为我们攻克了大量的难题，更重要的是我们获得的难能可贵的经验和教训，这些东西必将为我们将来的发展打下一个良好的基础。参考资料：【1】A.M.西纽科夫，赵儒源译，《固体导弹总体设计》，国防工业出版社，1984【2】B.N.瓦弗洛缅也夫，M.N.科普托夫，《弹道式导弹设计和试验》，国防工业出版社，1977【3】朱一凡，杨峰，《导弹武器系统工程》，国防科技大学出版社，2007