基于高度控制的航空拖靶定高飞行分析

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1、第4卷第2期2013年5月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．4No．2Mav2013文章编号：1674—8190(2013)02—237—04基于高度控制的航空拖靶定高飞行分析张元明，谢辉，张剑锋，汪强(西北工业大学第365研究所，西安710065)摘要：超低空飞行的航空拖靶需要高精度的高度控制，而作为试验和训练的消耗性装备，其低成本设计要求使得航空拖靶不能采用常规飞行器的高度控制方法。针对以拖曳力为飞行动力的航空拖靶，研究其基于非姿态控制的定高飞行的运动特性。定高飞行航空拖靶采用高稳定性的气动布局，并基

2、于准直接力控制的升降舵面进行高度调整操纵。通过建立拖靶的纵向运动数学模型，设计非姿态控制定高飞行控制方法，详细分析拖靶气动特性，并进行定高飞行控制的仿真计算。计算结果给出拖靶的高度控制能力及飞行状态，结果表明拖靶具有一定的高度调整能力，可以实现定高飞行。关键词：航空拖靶；定高；高稳定性；高度控制中图分类号：V212．1文献标识码：AAnalysisofInvariablenessAltitudeFlightofAerialTowTarget0引言ZhangYuanming，XieHui，ZhangJianfeng，WangQiang(The365Institute，North

3、westernPolytechnicalUniversity，Xi’an710065，China)航空拖靶系统是一种提供空中靶标的拖曳系统，是空靶体系中不可或缺的组成部分，主要用于武器系统试验鉴定与使用训练的威胁目标模拟系统。随着诸多新技术的应用，航空拖靶系统对空中靶标特性和运动状态模拟的逼真程度不断提高，发展为可以模拟先进武器装备(如战斗机、空空导弹、收稿日期：2012-08—31；修回日期：2012—11一07通信作者：张元明，zhang—ym@nwpu．edu．en反舰导弹等)目标特性的多用途高性能拖靶系统，具备了更为全面的威胁模拟功能和更为精确的脱靶量测量手段[1]。

4、随着武器装备的发展，对威胁目标模拟系统性能的要求越来越高。如航空拖靶系统需要模拟先进武器装备的运动特性，包括飞行速度、机动能力、飞行高度等。具有高亚音速飞行能力，模拟超低空定高飞行状态，可回收并多次重复使用的空中靶标，也是航空拖靶系统较为迫切的需求。主要用于模拟超低空掠海飞行的反舰导弹类目标，为舰空反导武器系统试验、部队训练和演练提供所需的模拟目标。～一一～一～一一～～一一一一～毗一一～一～～一一一一～帅～蛳一～一一～一呲攀曲～罴掣～～一～～～～一一一一一～一～一～～一一一一吣一一一=善一～～一一一～一一～～～一一～～～一一航空工程进展第4卷20世纪80年代，国外已成功研制了

5、具有高度控制能力的超低空掠海飞行拖靶rI]，代表产品是英国的MRTT。国内在拖靶方面的研制始于20世纪90年代，主要研究对象为高空使用的拖靶[2。3]，不实施高度控制，而可实施高度控制的定高飞行拖靶目前仍处于研究阶段。拖靶是一种消耗性的试验和训练装备，因此既要具备低成本又要具有高精度高度控制是超低空定高飞行拖靶设计与研制要解决的关键问题。基于定高飞行拖靶典型的布局形式，本文从高度控制、运动特性和气动特性等方面对拖靶定高飞行过程进行分析研究。1拖靶系统构成航空拖靶系统由拖带母机、拖缆系统和拖靶系统组成。拖带母机可以是有人机，也可以是无人机。拖缆系统包括收放缆装置和航空拖缆，通常

6、收放缆装置采用航空绞车系统。拖靶系统由靶体、靶载设备和拖曳机构组成。航空拖靶系统由母机拖带，通过拖曳缆绳与拖靶连接，并给拖靶提供前进的动力。拖带母机与拖靶组成的系统共同在空中飞行并执行任务，系统运动如图1所示。芝÷1气裂～一产＼拖靶＼＼．厂＼山图1航空拖靶系统运动不蒽Fig．1Movementofaerialtowtargetsystem拖靶系统的工作流程为：拖靶安装于拖机的翼下，由拖机携载升空，到达放靶高度后，由拖机中的操靶员发出放靶指令，航空绞车按照预先设定的程序实施放靶，之后拖机拖带拖靶进行任务飞行，在飞行过程中，操靶员可根据任务需求向拖靶发送姿态指令。2定高飞行拖靶的

7、布局特点定高飞行的拖靶是一种可以实施飞行高度控制的拖靶，主要用于模拟超低空定高飞行，具有一定的高度控制飞行精度。基于低成本的设计要求，航空拖靶的定高飞行控制将不同于常规飞行器(如飞机)的控制方法，即基于姿态的控制方法。而是采用低成本的设计思路，利用准直接升力来调整高度，基于高稳定性靶体布局来实现靶体自稳定。定高飞行拖靶通常采用锥头旋成体靶身、尾部稳定翼面、重心处操纵翼面布局[4。5]，如图2所示。拖靶的稳定性主要通过稳定翼面来提供，包括纵向稳定翼面和侧向稳定翼面。稳定翼面布置在拖靶尾部，为高稳定性布局，