Flight of a Guided Aerial Bomb Along a Vertical Plane in Turbulent Atmosphere

• Autorzy: Stefański Konrad , Grzyb Marta

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.4802

Warianty tytułu

PL

Lot samonaprowadzanej lotniczej bomby kierowanej w warunkach turbulencji w rozpatrywany w płaszczyźnie pionowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The control of a homing flying object, which a guided aerial bomb (GAB) is, takes place in the earth’s atmosphere, which may feature various atmospheric phenomena that are disturbances to the GAB control. The atmospheric disturbances include air turbulences, wind pockets, and wind gusts. For the purpose of the research discussed in this paper, the atmospheric disturbances were qualified as a stochastic process of power spectral density according to the Dryden model. This paper presents a method of controlling a GAB in motion through a turbulent atmosphere of the earth. The GAB was homed to a moving ground target by the most universal method of proportional navigation. The research discussed in this paper included an analysis of the effect of atmospheric disturbances on the target striking accuracy of a GAB moving along a vertical plane, the GAB flight trajectory, the values of force inputs which controlled the GAB flight, the values of actual attack angles, the values of kinematic transverse overloads, and the control errors input to the guidance controller. The numerical simulations were completed during the research in Matlab/Simulink, and certain results thereof are represented in a graphical format.

PL

Proces sterowania samonaprowadzającym się obiektem latającym jakim jest lotnicza bomba kierowana (LBK) odbywa się w atmosferze ziemskiej, w której zachodzą różnego rodzaju zjawiska atmosferyczne będące zakłóceniami. Takimi zjawiskami mogą być na przykład: turbulencje, uskoki wiatru, jak też jego podmuchy. Dla potrzeb badań zakłócenia takie przyjęte zostały jako proces stochastyczny w postaci gęstości widmowej mocy to znaczy według modelu Drydena. W niniejszej pracy zaprezentowano metodę sterowania lotniczą bombą kierowaną, która porusza się w ziemskiej atmosferze zaburzonej. Do naprowadzania tego obiektu latającego na poruszający się cel naziemny wykorzystana tu została, jako najbardziej uniwersalna, metoda proporcjonalnej nawigacji. Przeprowadzone w pracy badania objęły analizę wpływu zakłóceń atmosferycznych na dokładność trafienia w cel przez poruszającą się w płaszczyźnie pionowej bombę kierowaną, kształt toru jej lotu, wartości generowanych sił sterujących lotem LBK, wartości realizowanych kątów natarcia, wartości kinematycznych przeciążeń poprzecznych, jak również uchybów sterowania podawanych na regulator. Symulacje numeryczne przeprowadzone zostały w środowisku Matlab/Simulink, a niektóre wyniki badań przedstawione są w postaci graficznej.

Słowa kluczowe

EN

mechanics; guided bomb; random disturbances; turbulences; homing

PL

mechanika; bomba kierowana; zakłócenia losowe; turbulencje; samonaprowadzanie

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 10, Nr 3 (37)
• Strony: 19--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., wykr., rys.

Twórcy

autor

Stefański Konrad

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Kielce, Poland

autor

Grzyb Marta

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Kielce, Poland

Bibliografia

• [1] Alexis Kostas, George Nikolakopoulos, Anthony Tzes. 2011. “Switching model predictive attitude control for a quadrotor helicopter subject to atmospheric disturbances”. Control Engineering Practice 19 (10) : 1195-1207.
• [2] Grzyb Marta, Konrad Stefański. 2016. The control of anti-aircraft missile flight path in atmospheric disturbances. In Proceedings of 1st Aviation and Cosmonautics Congress, 239. Rzeszow University of Technology
• [3] Akamal Hassan, Yaohong Qu. 2015. Estimation of wind field velocity and aircraft states with an F-16 lateral guidance control system. In Proceeding of the IEEE International Conference on Information and Automation, 2293-2298. Lijiang, China.
• [4] Stroe Gabriela, Irina Carmen Andrei. 2016. “Analysis regarding the effects of atmospheric turbulence on aircraft dynamics. INCAS Bulletin 8 (2) : 123-132.
• [5] Sydney Nitin, Brendan Smyth, Derek A. Paley. 2013. Dynamic control of autonomous quadrotor flight in an estimated wind field. In Proceeding of the 52nd IEEE Conference on Decision and Control, 3609-3616. Florence, Italy.
• [6] Baranowski Leszek, Błażej Gadomski, Przemysław Majewski, Jacek Szymonik. 2016. “Explicit “ballistic M-model”: a refinement of the implicit “modified point mass trajectory model”. Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences 64 (1) : 81-89.
• [7] Gapiński Daniel, Izabela Krzysztofik, Zbigniew Koruba. 2014. “Analysis of the dynamics and control of the modified optical target seeker used in anti-aircraft rocket missiles”. Journal of Theoretical and Applied Mechanics 52 (3) : 629-639.
• [8] Moorhouse David J., Robert J. Woodcock. 1982. Guide for MIL-F-8785C, Military specification flying qualities of piloted airplanes. Ohio: Flight Dynamics Laboratory.
• [9] Moorhouse David J., Robert J. Woodcock. 1982. Background in Formation and User Guide for MIL-F-8785 (ASG), Military specification flying qualities of piloted airplanes. Ohio: Flight Dynamics Laboratory.
• [10] Bociek Stanisław, Jan Gruszecki. 1999. The automatic control systems for aircraft (in Polish). Rzeszów University of Technology
• [11] Koruba Zbigniew, Łukasz Nocoń. 2016. “Numerical analysis of the dynamics of automatically tracked anti-tank guided missile using polynomial functions”. Journal of Theoretical and Applied Mechanics 51 (1) : 13-25.
• [12] Stefański Konrad. 2011. ”An application of gyroscopic executive system to homing the missile on the target” (in Polish). Problemy mechatroniki. Uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa - Problems of Mechatronics. Armament, Aviation, Safety Engineering 2 (4) : 61-68.
• [13] Grzyb Marta, Konrad Stefański. 2011. ”Guiding a smart bomb using a special algorithm for target identification and tracking” (in Polish). Pomiary Automatyka Robotyka 15 (2) : 668-676.
• [14] Koruba Zbigniew, Jan W. Osiecki. 1999. Constructions, dynamics and navigation of the short range missile (in Polish). Kielce University of Technology: 1st part , Academy Course Book 348.
• [15] Salomon Raj David. 2014. “Performance Evaluation of Proportional Navigation Guidance for Low-Maneuvering Targets”. International Journal of Scientific & Engineering Research 5 (9) : 93-99.
• [16] Szmidt Piotr, Daniel Gapiński, Zbigniew Koruba. 2017. The analysis of selection optimal parameters of PID controllers for a modified artillery-missile system. In Engineering Mechanics, 970-973. Brno University of Technology.

Uwagi

1. Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).

2. The authors received financial support for publication of the article from the funds allocated to the statutory activity of the Kielce University of Technology.