Stability of a Bomb with a Wind-Stabilised-Seeker

• Autorzy: Kowaleczko Grzegorz , Klemba Tomasz , Pietraszek Mariusz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0016.0049

Warianty tytułu

PL

Stabilność bomby z układem śledzącym stabilizowanym przepływem

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The primary purpose of this article is to consider the main factors affecting the stability of a bomb with a Wind-Stabilised-Seeker (WSS). The article contains a full mathematical description of the bomb-WSS system motion. It allows you to calculate the spatial motion of the bomb and the motion of WSS in relation to the bomb. The method of calculating the aerodynamic forces is also described. The sample simulation results were presented and discussed. The equations of motion of the system were determined. They constituted the basis for the development of a computer program to simulate the motion of the system. Aerodynamic forces and moments were calculated using the Prodas software and based on the results of the bomb tests in the wind tunnel. The mass and geometrical data of the system relate to the tested prototype of an aerial bomb. The result of the research is a comprehensive assessment of the influence of the geometric parameters of the mobile tracking system on the dynamic stability of the bomb-WSS system. This knowledge is necessary for proper design of control laws based on the signals registered by the WSS. The main parameter influencing the WSS-bomb stability is the aerodynamic focus position of the tracking system. It should be behind the WSS attachment point. The position of the WSS centre of mass in relation to the attachment point also has an adverse effect on its stability. The length of the stick connecting the WSS with the bomb is irrelevant.

PL

Podstawowym celem tego artykułu jest rozważenie głównych czynników wpływających na stabilność bomby z układem śledzącym stabilizowanym przepływem (WSS). Artykuł zawiera pełny opis matematyczny ruchu systemu bomba-WSS. Model ten został uzyskany z wykorzystaniem zasad mechaniki. Pozwala obliczyć ruch przestrzenny bomby i ruch WSS względem bomby. Sposób obliczania sił aerodynamicznych jest również opisany odpowiednimi wyrażeniami. Przedstawiono i omówiono przykładowe wyniki symulacji dotyczące wpływu geometrii układu na dynamikę jego ruchu. Równania ruchu układu zostały określone z wykorzystaniem praw mechaniki dotyczących układu wieloczłonowego. Stanowiły one podstawę do opracowania programu komputerowego do symulacji ruchu układu. Siły i momenty aerodynamiczne obliczono z wykorzystaniem oprogramowania Prodas oraz w oparciu o wyniki badań bomby w tunelu aerodynamicznym. Dane masowe i geometryczne układu dotyczą badanego prototypu bomby lotniczej. Wynikiem badań jest wszechstronna ocena wpływu parametrów geometrycznych ruchomego układu śledzącego na stateczność dynamiczną układu bomba-WSS. Wiedza ta jest niezbędna do właściwego zaprojektowania praw sterowania bazujących na sygnałach rejestrowanych przez WSS. Podstawowym parametrem wpływającym na stateczność dynamiczną układu jest położenie ogniska aerodynamicznego układu śledzącego. Powinien on znajdować się za punktem mocowania WSS do bomby. Położenie środka masy WSS względem punktu mocowania ma również niekorzystny wpływ na jego stateczność. Natomiast długość żerdzi łączącej WSS z bombą jest nieistotna.

Słowa kluczowe

EN

dynamic stability; laser-guided bombs; WSS-bomb system motion equations

PL

stateczność dynamiczna; bomby sterowane laserowo; równania ruchu układu bomba-WSS

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 13, Nr 3 (49)
• Strony: 43--66
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., wykr.

Twórcy

autor

Kowaleczko Grzegorz

• Air Force Institute of Technology, 6 Księcia Bolesława Str., 01-494 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4376-0531

autor

Klemba Tomasz

• Air Force Institute of Technology, 6 Księcia Bolesława Str., 01-494 Warsaw, Poland

autor

Pietraszek Mariusz

• Air Force Institute of Technology, 6 Księcia Bolesława Str., 01-494 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Özkan, Bülent and Altuğ Uçar. 2012. Comparison of the strapdown and gimbaled seekers utilized in aerial applications. In Proceedings of the SPIE Defense, Security, and Sensing, Infrared Technology and Applications XXXVIII, vol. 8353.
• [2] Yanushevsky, Rafael. 2018. Modern Missile Guidance. CRC Press, LondonNew York.
• [3] Jang, Se-Ah, Chang-Kyung Ryoo, Keeyoung Choi and Min-Jea Tahk. 2008. Guidance algorithms for tactical missiles with strapdown seeker. In Proceedings of the 2008 SICE Annuual Conference 2 : 2616–2619.
• [4] Fourie, J.P. and Y. Yavin. 1993. "The guidance accuracy of a projectile using a wind stabilized seeker". Computers&Mathematics with Applications 25 (3) : 27–36.
• [5] Chadwick, R. William and Conrad M. Rose. 1985. Guidance Law to Improve The Accuracy Of Tactical Missiles. U.S. Patent No. 4,541,591.
• [6] Ben-Asher, Z. Joseph. 1994. "Linear-quadratic pursuit-evasion games with terminal velocity constraints". Journal of Guidance, Control and Dynamics 19 (2) : 225–229. DOI: 10.2514/3.21647.
• [7] Mouada, Takieddine, Milos V. Pavic, Bojan M. Pavkovic, Sasa Z. Zivkovic and Mirko S. Mislje. 2018. "Application of optimal control law to laser guided bomb". The Aeronautical Journal 122 (1251) : 785-797. DOI:10.1017/aer.2018.10.
• [8] Liu, Shixiang, Tianyu Lu, Teng Shang and Qunli Xia. 2018. "Dynamic modeling and coupling characteristic analysis of two-axis rate gyro seeker". International Journal of Aerospace Enginering vol. 2018, article ID 8513684, DOI:10.1155/2018/8513684.
• [9] Pirzadeh, M. and A. R. Toloei. 2019. "Design of generalized predictive control for the stabilizing loop from a two-axis gimbal seeker, considering cross-coupling in between two channels". International Journal of Engineering 32 (4) : 555–561. DOI:10.5820/jie.2019.32.04a.13.
• [10] West, William. 2008. "Developmental testing of a laser-guided bomb simulation". AIAA Paper 2008-1629. DOI:10.2514/6.2008-1629.
• [11] Kamel, M. Mohamed, Karim M. Ali, M.A.H. Abozied and Yehia Z. Elhalwagy. 2019. Simulation and modelling of flight missile dynamics and autopilot analysis. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 610 (1). DOI:10.1088/1757-899X/610/1/012033.
• [12] Zarchan, Paul.2012. Tactical and Strategic Missile Guidance (6th edition). American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc., Reston VA.
• [13] Zarchan, Paul. 1998. "Ballistic missile defense guidance and control issues". Science and Global Security 8 : 99–124.
• [14] Sun, Tingting, Hairong Chu, Baiqiang Zhang, Hongguang Jia, Lihong Guo, Yue Zhang and Mingyue Zhang. 2015. "Line-of-Sight Rate Estimation Based on UKF for Strapdown Seeker." Mathematical Problems in Engineering 2015 : 185149-1-14, DOI: 10.1155/2015/185149.
• [15] Yavin, Y., C. Frangos and J. P. Fourie. 1992. "The Performance of a Projectile which Uses a Bang-Bang Type Guidance Law: Part 1". Computers&Mathematics with Applications 23 (1) : 111–118.
• [16] Yavin, Y., C. Frangos and J. P. Fourie. 1992. "The Performance of a Projectile which Uses a Bang-Bang Type Guidance Law: Part 2 - Semirigid Body Model". Computers&Mathematics with Applications 24 (4) : 85–92.
• [17] Yavin, Y., C. Frangos and J. P. Fourie. 1993. "The Performance of a Projectile which Uses a Bang-Bang Type Guidance Law: Part 3 - The Point-Mass Model Revisited". Computers&Mathematics with Applications 25 (4) : 27–37.
• [18] Solovej, E. J., and A. W. Hranov. 2006. Dynamics guided bombs homing systems. Moscow: Mashinostrojenie Publishing House.
• [19] Prodas Software v.3. Arrow Tech. Associates Inc., 2008.
• [20] Etkin, Bernard. 2005. Dynamics of Atmospheric Flight. New York: Dover Books on Aeronautical.
• [21] Krasnow, F. Nikolai. 1964. Aerodynamics of Bodies with Axial Symmetry. Moscow: Mashinostrojenie Publishing House, Moscow.
• [22] Krasnow, F. Nikolai, W. N. Koszewoj, A. N. Daniłov and W. F. Zacharczenko. 1968. Rocket Aerodynamics. Moscow: State Publishing House of Defense Industry.
• [23] Lebiediew, A.A. and L.S. Tchernobrovkin. 1973. Unmanned Aerial Vehicle Flight Dynamics. Moscow: Mashinostrojenie Publishing House.
• [24] Nielsen, N. Jack. 1969. Missile Aerodynamics. New york: McGraw-Hill Book Company Inc.
• [25] Pietrov, K. R. 1965. Aerodynamics of Aircraft Elements. Moscow: Mashinostrojenie Publishing House.
• [26] Carlucci, E. Donald and Sidney S. Jacobson. 2007. Ballistics - Theory and Design of Guns and Ammunitions. CRC Press.
• [27] Kowaleczko, Grzogorz. 2018. Modeling of Flight Dynamics of Flying Objects. Warsaw: Publishing House of the Air Force Institute of Technology.
• [28] McCoy, L. Robert. 2012. Modern Exterior Ballistics, Schiffer Publishing Ltd.