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远程防空导弹是现代防空体系中的重要武器系统,本文以液体燃料冲压发动机为动力的远程防空导弹为背景,系统地研究了冲压发动机导弹的弹道设计问题。由于导弹飞行状态直接影响到冲压发动机的性能,因此在冲压发动机导弹的弹道设计中必须考虑冲压发动机的特性,弹道设计优化过程也必然是与发动机特性相关的优化过程。本文首先建立了冲压发动机的模型,研究了冲压发动机的特性和导弹的动力性能,通过对远程冲压发动机防空导弹弹道优化的特点进行分析,建立优化模型对弹道方案进行了优化和设计,获得了弹道性能优化的弹道方案。为进一步提高导弹的弹道性能研究了冲压发动机参数和弹道参数的一体化设计问题,对冲压发动机参数进行了优化设计。本文还对弹道优化方法进行了深入研究,提出了适用于冲压发动机导弹弹道优化的新型优化算法,通过仿真证明了算法的实用性。
论文的主要研究内容如下:
1建立了冲压发动机包括进气道的数学模型,通过仿真的方法分析研究了进气道和冲压发动机的特性,采用等高线图的方法将发动机的速度特性和高度特性合成在一起,全面地反映了发动机特性随飞行马赫数和高度变化的特点。利用冲压发动机的特性对导弹的动力性能进行了分析,提出了利用单位耗油剩余功率的等高线图来分析导弹爬升耗油特性的新方法,通过分析可见在导弹耗油最少加速爬升弹道上飞行状态以正交的方式穿越等高线,并通过仿真进行了验证。
2系统地分析了冲压发动机导弹弹道优化问题的特点,建立了优化问题的数学模型。通过对远程冲压发动机防空导弹的飞行弹道和供油规律进行了优化设计,获得了性能有明显优化的的弹道设计方案,分析了最优弹道和相应的最优供油规律的特点。
3深入研究了弹道优化的优化算法,提出了用于弹道优化的改进遗传算法,和改进的蚁群算法,并提出将两种算法混合使用来解决弹道优化的新方法。通过各种条件的弹道仿真优化证明了这种新型的优化算法在解决冲压发动机导弹的弹道优化问题方面是适用和有效的。
4对冲压发动机参数和弹道参数进行一体化设计和研究,研究了一体化设计的设计方法,通过发动机参数的改进设计,进一步提高了导弹的弹道性能。
本文系统地研究了远程冲压发动机防空导弹的弹道优化设计问题,提出了优化设计的方法,改进了冲压发动机导弹的弹道设计方案,并对发动机参数也进行了优化设计以提高弹道性能。这些研究对远程冲压发动机导弹的弹道设计提供了理论指导,对相关武器系统的工程研制有实际应用意义。