Use of Wind Tunnel Measurements Data in Cold Launched Missile Flight Simulations

eng Artykuł w języku angielskim DOI: 10.14313/PAR_235/49

Rafał Ożóg, wyślij Mariusz Jacewicz, Robert Głębocki Politechnika Warszawska, Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej

Pobierz Artykuł

Abstract

This article presents the results of wind tunnel testing of a model of a missile intended for a vertical cold launch system. The objective of this work was to obtain nondimensional aerodynamic coefficients to build a lookup table database for a six-degree-of-freedom numerical simulation of the missile launch phase. The material model of the full-scale missile was designed in UG/NX Siemens software and manufactured. Low speed measurements were conducted at the Warsaw University of Technology and as a result, static forces and moments characteristics were obtained using six component internal balance for a wide range of angles of attack and sideslip with a 1° interval. Finally, 200 Monte-Carlo simulations in MATLAB/Simulink were evaluated to investigate the missile behavior in the launch phase with the measured results. It was observed that the rolling moment resulting, i.a. from fin cant angles misalignments in the initial roll rate of the missile significantly affects the trajectories.

Keywords

aerodynamic, internal balance, missile, vertical cold launch, wind tunnel

Użycie danych z pomiarów tunelowych w symulacji rakiety pionowego zimnego startu

Streszczenie

Niniejszy artykuł przedstawia wyniki testów w tunelu aerodynamicznym modelu rakiety dedykowanej dla pionowego zimnego startu. Celem pracy było uzyskanie bezwymiarowych współczynników aerodynamicznych potrzebnych do opracowania bazy w postaci tablic dla numerycznej symulacji lotu o sześciu stopniach swobody. Model materialny pełnowymiarowej rakiety został zaprojektowany przy wykorzystaniu programu Siemens UG/NX. Testy zostały przeprowadzone na Politechnice Warszawskiej przy niskiej prędkości przepływu a charakterystyki statycznych sił i momentów uzyskano za pomocą sześcioskładnikowej wagi wewnętrznej dla szerokiego zakresu kątów natarcia i ślizgu z krokiem 1°. Ostatecznie, przeprowadzono 200 symulacji Monte-Carlo w programie MATLAB/Simulink w celu zbadania zachowania pocisku w fazie startu z użyciem zmierzonych wartości. Zostało zaobserwowane, że moment przechylający wynikający m.in. z niedokładności montażowych stabilizatorów wpływa znacząco na uzyskiwane trajektorie.

Słowa kluczowe

aerodynamika, pionowy zimny start, rakieta, tunel aerodynamiczny, waga wewnętrzna

Bibliografia

  1. Titchener P.E., Veitch A.J., UK Soft Vertical Launch – A Flexible Solution to an Integral Concept for Ground & Naval Air Defence, [in:] RTO MP–063, 2000.
  2. Taur D.–R., Chern J.–S., Optimal Side Jet Control for Vertically Cold Launched Tactical Missiles, [in:] XIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit, Denver, 2000, DOI: 10.2514/6.2000-4164.
  3. Ocokoljić G., Rašuo B., Testing an Anti Tank Missile Model with Jet Simulation in the T–35 Subsonic Wind Tunnel, “Scientific Technical Review”, Vol. 62, No. 3–4, 2012, 14–20.
  4. Ocokoljić G., Rašuo B., Aerodynamic testing model guided missiles with jets simulations in the T–35 wind tunnel, 2014, 629–634, DOI: 10.5937/tehnika1404629O.
  5. Jacewicz M., Głębocki R., Simulation study of a missile cold launch system, “Journal of Theoretical and Applied Mechanics”, Vol. 56, No. 4, 2018, 901–913, DOI: 10.15632/jtam-pl.56.4.901.
  6. Barlow J.B., Rae W.H., Pope A., Low-Speed Wind Tunnel Testing, New York: John Wiley & Sons, Inc., 1999.
  7. Rosema C., Doyle J., Blake W., Missile Data Compendium (DATCOM) – User Manual – 2014 Revision, 2014.
  8. Moore F., Hymer T., The 2002 Version of the Aeroprediction Code: Part I – Summary of New Theoretical Methodology, Naval Surface Warfare Center, 2002.
  9. Smędra K., Świerkot R., Kubryński K., Low speed wind tunnel test of the jet trainer model at high angles of attack, “Journal of KONES Powertrain and Transport”, Vol. 23, No. 4, 2016, 471–478, DOI: 10.5604/12314005.1217285.
  10. Allerton D., Principles of Flight Simulation, Wiltshire: John Wiley & Sons, 2009.
  11. Ładyżyńska-Kozdraś E., Filipowicz M., Maryniak J., Modelowanie dynamiki oraz identyfikacja aerodynamiczna zmodyfikowanego pocisku moździerzowego kalibru 74 mm, „Problemy mechatroniki. Uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa”, Vol. 2, No. 8, 2012, 51–62.
  12. Advisory Group For Aerospace Research & Development, AGARDograph 336 Wind tunnel wall correction, North Atlantic Treaty Organization, 1998.
  13. Ilg M., Rogers J., Costello M., Projectile Monte-Carlo Trajectory Analysis Using a Graphics Processing Unit, [in:] AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference, Portland, 2011, DOI: 10.2514/6.2011-6266.
  14. Głębocki R., Jacewicz M., Missile Vertical Launch System with Reaction Control Jets, Vol. 145, No. 1, 2018, 25–46, DOI: 10.5604/01.3001.0012.1271.
  15. National Aeronautics and Space Administration, U.S. Standard Atmosphere, Washington, D.C., 1976.
  16. Jitpraphai T., Costello M., Dispersion Reduction of a Direct Fire Rocket Using Lateral Pulse Jets, “Journal of Spacecraft and Rockets”, Vol. 38, No. 6, 2001, 929–936, DOI: 10.2514/2.3765.
  17. Department of Defense, Military Handbook. Missile Flight Simulation. Part One – Surface to Air missiles, Department of Defense, 17 July 1995.
  18. Danberg J., Weinacht P., An Approximate Method for Pitch-Damping Prediction, Aberdeen Proving Ground: Army Research Laboratory, 2003.
  19. STANAG 4655 – An Engineering Model To Estimate Aerodynamic Coefficient, NATO Standardization Agency, Bruxelles 2014.