آموزش شبیه‌سازی موشک و راکت در سی‌پلاس‌پلاس - آخرین آپدیت

محدوده تست مجازی موشک و راکت

با شبیه سازی موشک و راکت با وفاداری بالا آشنا شوید. نحوه ساخت شبیه سازی های پیشرفته موشک و راکت را بیاموزید و مفاهیم خود را در محیط کامپیوتر خود شبیه سازی کنید.

قابلیت های کلیدی شبیه سازی

• پرواز بر فراز زمین تخت و زمین بیضوی WGS84 در شش درجه آزادی (6 DoF).
• مدل سازی آیرودینامیک در محورهای آیروبالیستیک و بدنه.
• پایدارسازی و کنترل بدنه هواپیما با استفاده از خلبان خودکار.
• بهبود ناوبری INS با GPS و ردیاب ستاره.
• کدنویسی جستجوگرهای مادون قرمز (IR) و فرکانس رادیویی (RF) همراه با منابع خطا.
• استفاده از هدایت متناسب برای حمله به اهداف.
• قرار دادن بوسترهای راکت در مدار.
• انجام شبیه سازی های مونت کارلو برای تحلیل فاصله خطا (Miss Distance).
• تعیین محدوده های عملکرد (Footprints) برای موشک های هوا به زمین.
• ایجاد محدوده های پرتاب (Launch Envelopes) برای موشک های هوا به هوا.
• مدل سازی مفاهیم موشک و راکت خود در C++ بر اساس چهار نمونه اولیه ارائه شده.
• انجام تست های پرواز مجازی بر روی کامپیوتر شخصی خود.

پیش نیازها

برای موفقیت در این دوره، شما باید دارای دانش قوی در زمینه های آیرودینامیک، هدایت و کنترل، و برنامه نویسی C++ باشید. همچنین، درک عمیق و توانایی اصلاح شبیه سازی ها نیازمند پشتکار فراوان است.

این دوره، یک دوره پیشرفته است که به بررسی جزئیات داخلی شبیه سازی های با وفاداری بالا در حوزه موشک و راکت می پردازد. فرض بر این است که شما دانش قبلی در زمینه دینامیک پرواز و کنترل موشک و راکت را دارید.

چهار نمونه اولیه در اختیار شما قرار داده می شود: موشک هوا به زمین، موشک هوا به هوا، موشک زمین به هوا، و راکت زمین به فضا. شما باید با آمادگی کامل، شامل دانش پایه قوی در آیرودینامیک، هدایت و کنترل، و برنامه نویسی C++، در این دوره شرکت کنید. سپس با مطالعه ۱۷ سخنرانی و انجام ۲۴ تمرین با استفاده از چهار شبیه سازی C++ ارائه شده، دانش خود را تکمیل نمایید.

موشک هوا به زمین (Air-to-Ground Missile)

موشک هوا به زمین با جستجوگر مادون قرمز (IR) خود، یا قبل از پرتاب بر روی هدف قفل می شود، یا مختصات هدف را پس از پرتاب از طریق لینک داده از هواپیما دریافت کرده و برای هدایت میانه مسیر استفاده می کند. هدف می تواند در روی زمین حرکت و مانور دهد. آیرودینامیک موشک در محورهای آیروبالیستیک مدل سازی شده است و خلبان خودکار آن شامل کنترل کننده های غلتش (Roll)، نرخ (Rate) و شتاب (Acceleration) می باشد. هدایت متناسب، که توسط جستجوگر مادون قرمز هدایت می شود، برای ردیابی هدف به کار می رود. شما عملکرد آن را با شبیه سازی AGM6 من بررسی کرده، مسیرها را ترسیم می کنید و محدوده های عملکرد را ایجاد می نمایید.

موشک هوا به هوا (Air-to-Air Missile)

با موشک هوا به هوا، هواپیمای پرتاب کننده را در برابر یک موشک ورودی محافظت می کنید. در اینجا مطالعه می کنید که چگونه موشک ها و هواپیماها با وفاداری های مختلف مدل سازی می شوند. موشک خودحفاظتی در 6 DoF، موشک مهاجم در 5 DoF و هواپیما در 3 DoF مدل سازی می شوند. آیرودینامیک و خلبان های خودکار به همین ترتیب ساختار یافته اند. آیرودینامیک کامل 6 DoF در محورهای بدنه برای موشک های خودحفاظتی با خلبان خودکار کامل، جستجوگر مادون قرمز و هدایت متناسب جبران شده ارائه می شود. موشک مهاجم 5 DoF با آیرودینامیک اصلاح شده، یک خلبان خودکار ساده و یک جستجوگر سینماتیکی ارائه می شود، در حالی که هواپیمای 3 DoF به سادگی با شیب لیفت (Lift-slope) و بار بال (Wing-loading)، مانور حلقه باز (Open-loop maneuvering) و یک رادار که موشک ورودی را ردیابی می کند، توصیف می شود. وظیفه شما این است که با استفاده از شبیه سازی AAM6 من، محدوده پرتاب موشک خودحفاظتی و دقت رهگیری آن را بررسی نمایید.

موشک زمین به هوا (Surface-to-Air Missile)

اکنون سناریو را معکوس کرده و موشک های زمین به هوا را علیه موشک های بالستیک کوتاه برد و هواپیماهای ورودی پرتاب می کنیم. رادار زمینی آنها برای شناسایی و ردیابی اهداف تا زمانی که در محدوده شناسایی موشک ها برای پرتاب قرار گیرند، خدمت می کند. جستجوگرهای مادون قرمز (IR) یا فرکانس رادیویی (RF) اهداف را در درگیری ترمینال ردیابی می کنند. من قدرت چند هدفه بودن C++ را با پرتاب سه موشک علیه سه هدف نشان می دهم. پس از آن، شما با اجرای شبیه سازی SAM6، توضیحات من را دنبال خواهید کرد.

راکت زمین به فضا (Surface-to-Space Rocket)

در نهایت، راکت زمین به فضا ما را به مدار می برد. بوستر راکت سه مرحله ای جامد ما بدون باله های کنترل است و توسط کنترل بردار تراست (Thrust-vector control) و جت های واکنش هدایت می شود. برای برآورده کردن شرایط بسیار سخت در مدار، از یک طرح هدایت پیچیده مبتنی بر قانون هدایت مماسی خطی (Linear tangent guidance law) استفاده می شود. یک بخش کلیدی ناوبری، سیستم ناوبری اینرسیایی است که توسط GPS و ردیاب های ستاره به روز می شود و نیازمند استفاده از مدل زمین بیضوی WGS84 است. شما شبیه سازی SSR6 من را با تمام منابع نویز آن در حالت مونت کارلو اجرا خواهید کرد تا دقت ورود به مدار را از نظر میانگین و توزیع بیضوی دو متغیره تعیین نمایید.

همانطور که با جدیت در ۱۷ سخنرانی من شرکت می کنید، تمرینات را انجام می دهید و کدها را مطالعه می کنید، خود را توانمند می سازید تا طرح خود را در چارچوب CADAC++ من میزبان کرده و آن را به محدوده تست پرواز مجازی خود ببرید.

به روز رسانی آوریل ۲۰۲۴: شبیه سازی های سازگار با Microsoft VS C++ 2022 به منابع قابل دانلود اضافه شده است. دانلود CADAC Studio از صفحه فرود AIAA کتاب درسی من "Modeling and Simulation of Aerospace Vehicle Dynamics" اکنون با ویندوز ۱۰ و ۱۱ سازگار است.