Pregu Teor 1 2 3 untas exam ría: 8 puntos 1. Enumera misil. • Esbe

Preguuntas exam
men 31 de ennero 2011. Misiles
M
II.
Teorría: 8 puntoss
1 Enumeraa los factorres que detterminan el comportam
1.
miento aeroodinámico de
d un
misil.
• Esbeeltez
• Esbeeltez de la ojjiva
• Diám
metro
• Form
ma de la ojivva
• Supeerficie del alla (tamaño y disposició
ón)
• Supeerficies estabbilizadoras (tamaño y disposición)
d
)
• Supeerficies de control (tamaño y dispo
osición)
• Form
ma del cuerppo del misil (sustentado
or o no)
• Estreechamiento en popa.
• Alturra de vuelo
• Veloocidad (Macch)
2 Enumeraa los factorres que deteerminan el alcance dee un sistemaa de adquissición
2.
basado en
e un detecttor infrarrojo.
•
•
•
•
•
•
•
Intennsidad radiaante del blannco
Atennuación atmosférica
Áreaa de aperturaa de la ópticca
Detectividad esppecífica del píxel
Anchho de bandaa
Áreaa total del deetector
Relacción señal-rruido par deetección
3 Enumeraa las ventaajas de unaa configuraación de mando
3.
m
meddiante chorrro en
comparaación con el resto de coonfiguracion
nes.
• Menoor momentoo de charnella
• Entraada en pérdiida o saturaación
Opcionales adicionaales (B-M)
• Venttajas en conntrol de alabeo (respecto
o canard)
• Estabbilidad en trransónico
4. Determina la ley óptima de guiado para la trayectoria ascendente de un misil
SSM, en la que se pretende maximizar el alcance.
5.
En un misil que opere en rango subsónico, transónico y supersónico, ¿cuáles son
los términos dominantes de la resistencia parasita en cada régimen y qué
elementos del misil contribuyen predominantemente a generar cada tipo de
resistencia parásita?
• Subsónico:
o Fricción: toda la superficie mojada
o Base: la popa y si hay propulsión o no
• Transónico:
o Fricción: toda la superficie mojada
o Base: la popa y si hay propulsión o no
o Onda: proa, cambios de diámetro y superficies externas
• Supersónico:
o Onda: proa, cambios de diámetro y superficies externas
o Fricción: toda la superficie mojada
o Base: la popa y si hay propulsión o no
6. Enumera las ventajas e inconvenientes de las baterías térmicas como sistema de
energía de un misil.
• Ventajas:
o Almacenamiento
o Coste
o Relación Peso/potencia
• Inconvenientes:
o Relación Peso/energía
o Estabilidad del voltaje.
7. Define los pasos de cálculo necesarios para determinar las cargas térmicas que
soporta un misil, el tipo de materiales que se utilizarían en función del régimen
térmico y las posibles disposiciones de materiales (aislantes o no) para hacer
frente a esas cargas.
• Cálculo de número de Mach y tiempos de vuelo
• Cálculo de Temperatura de recuperación
• Cálculo del “grosor” térmico del misil
• Cálculo de flujos térmicos y perfiles de temperatura
• Tipos de materiales:
o Estructurales en función de la temperatura de recuperación
o Aislantes internos y/o externos
• Disposiciones:
o Material estructural únicamente
o Aislante interno
o Aislante externo
o Aislante interno y externo
8. Enumera las ventajas de una configuración en X frente a una en + para controles
cruciformes.
• Mejor compatibilidad con el lanzador
• Mayor L/D
• Mayor estabilidad y efectividad del control en cabeceo y guiñada
• Derivada de momento de balance estáticamente estable.
9. Enumera los tipos de motor existentes para misiles y los principales parámetros
que, en general, intervienen en la selección de un tipo determinado.
• Motores cohete
• Turborreactores
• Estatorreactores subsónicos
• Estatorreactores supersónicos.
Principales parámetros:
• Empuje
• Impulso específico
• Impulso total
• Generación de humo
10. Analiza la aplicabilidad de cada uno de los tres conceptos de autoguiado para un
misil Tierra-Tierra
• Autoguiado activo:
o El misil puede ser aún mayor, pero el uso de autoguiado activo puede
limitar el alcance.
o Medios de guiado adicionales para fases intermedias y activo en fase
terminal
o INS/GPS/TERCOM en stand-off y LADAR (activo) en fase final
o Crítico: compatibilidad entre precisión de guiado intermedio y
precisión de detección del sistema activo terminal.
• Autoguiado semiactivo:
o El mas común: láser a cortas distancia anticarro.
o A larga distancia, el problema es un designador situado
necesariamente a corta distancia del blanco.
• Autoguiado pasivo:
o Guiado I2R antitanque
o Submuniciones inteligentes en misil SSM que se eyectan en las
proximidades del blanco y lo detectan de forma automática I2R (o
MMW)
Problema: 2 puntos
11. Un misil ASM se suelta desde un helicóptero a una altura de 1000m y a un
número de Mach M=0.2. Inmediatamente tras el lanzamiento, se enciende el
motor del misil, diseñado para mantener un movimiento horizontal. El misil va
variando su ángulo de ataque de tal manera que mantiene un vuelo horizontal
mientras el motor está encendido. La masa inicial del misil son 200kg. El
empuje del motor cohete sólido (empuje constante e impulso específico
constante) se ha seleccionado de tal forma que, en las condiciones de separación
expuestas, la aceleración neta inicial del misil sea de 2g. El motor funciona
durante 10s y la masa de propulsante consumida es de 25kg.
Datos: Supóngase polar parabólica CD=CDo+kCL2. CDo=0.8, k=0.05, CLα=20,
S=0.1m2, ρ=1.1kg/m3, T=280K, γ=1.4, R=287J/kg/K).
Se pide:
i. Valor inicial del ángulo de ataque suponiendo condiciones cuasi
estacionarias
200 9.8
1
2
1
2
1
1.1 1.4 287 280 0.2
2
ii. Resistencia inicial en las condiciones de lanzamiento
1
2
974
iii. Empuje del motor
2
974
2 200 9.8
iv. Impulso específico del motor
4894 10
9.8 25
200
v. Impulso total del motor
4894 10
48940
4894
0.1 20
22.7º
vi. Si no hubiera resistencia, ¿qué velocidad alcanzaría el misil en ese
movimiento horizontal?
67.1
200
175
9.8 200
328.5 /
vii. ¿qué ángulo de ataque tendría el misil en ese punto suponiendo condiciones
cuasi estacionarias (sin resistencia)?
175 9.8
1
2
1
1.1 328.5
2
0.1 20
0.83º
viii. Estima la pérdida de velocidad debida a la resistencia en esas condiciones,
tomando un valor medio de resistencia.
2873
2.5
∆
200
175
153.5 /
ix. ¿Qué velocidad final alcanzaría el misil bajo esa suposición?
∆
x. ¿Y qué ángulo de ataque?
1
2
175 /
175 9.8
1
1.1 175
2
0.1 20
3.3º
Examen de Misiles II
31 de enero de 2011
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Teoría: 6 puntos
1. ¿Qué es y cómo se define el CEP de un sistema de armas contra objetivos de
superficie?
El CEP es el círculo de error probable. Es el círculo de centro el objetivo, dentro del
cual hay un 50 % de probabilidad de que el arma impacte.
Se aproxima la elipse de dispersión mediante un círculo, de manera que σx=σy=σ, y su
radio será RCEP = 1,177·σ
2. Explicar (de forma gráfica preferentemente) el comportamiento del factor de
carga lateral al aplicar una ley de guiado por navegación proporcional (sin
•
retardo), detallando explícitamente si n y n están o no acotados en el momento
del impacto.
μ es la constante de
navegación
proporcional
reducida
a·VM ·cos γ C
μ=
VC
•
-
μ>3 n y n están acotados en el momento del impacto
-
μ=3 n y n están acotados en el momento del impacto
-
2<μ<3 n está acotado pero n no lo está en el momento del impacto
-
μ≤2 n y n no están acotados en el momento del impacto
•
•
•
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3. Enumerar las ventajas e inconvenientes de un sistema de guiado semiactivo
frente a uno activo.
VENTAJAS:
-
Mayor alcance
Mayor simplicidad del misil
INCONVENIENTES:
-
El designador permanece comprometido hasta el impacto
Pérdida de precisión
4. Explicar brevemente cómo se puede implementar una ley de guiado por
alineación en un misil guiado por telemando.
Disponiendo de dos sistemas de seguimiento (o de uno capaz de seguir simultáneamente
o misil y blanco), uno de ellos esclavizado al blanco y el otro al misil, se conoce la
posición angular de los vectores de posición de misil y de blanco desde la estación en
tierra. Transmitiendo órdenes al misil para que maniobre de manera que la posición
angular del vector de posición del misil, coincida con la del blanco, se está
implementando una ley de guiado por alineación.
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5. Para el sistema de navegación GPS, definir qué son los pseudorranges y qué es
el URE (User Range Error) y el DOP (Dilution of the Precision).
Pseudorranges:
Son las distancias entre el receptor y cada uno de los satélites con los que se está
realizando la navegación, medidas directamente a partir del tiempo del receptor.
URE (User Range Error):
Es el error en el cálculo de los pseudorranges por parte del receptor. Tendrá
componentes aleatorios y determinísticos.
DOP (Dilution of the Precision):
Es un coeficiente igual o mayor que la unidad que, multiplicado por el URE
proporciona el error en cada una de las coordenadas XYZ resultantes de resolver el
sistema matemático con el que se obtiene la posición del receptor. El DOP tiende a
aumentar cuanto más cercanos entre si se encuentren los satélites con los que se está
realizando la navegación.
6. Dibujar el diagrama de bloques de un sistema de autoguiado y explicar muy
brevemente cuál es la función de cada uno de los bloques.
SEGUIDOR DETECTOR: Es capaz de medir las variables de la geometría relativa que
necesita la ley de guiado implementada. Por ejemplo, en el caso de un misil autoguiado
pasivo con detector de infrarrojos, que implemente una ley de guiado por navegación
proporcional, será la velocidad angular de la línea de mira.
GUIADO: A partir de la señal recibida del seguidor detector y, de acuerdo a la ley de
guiado correspondiente, elabora una señal proporcional a la maniobra lateral que
demanda la ley de guiado.
NAVEGACIÓN: Proporciona la posición y velocidad del misil en el caso de que sean
necesarias para la ley de guiado.
CONTROL: Genera las deflexiones de las superficies de control necesarias para obtener
la maniobra lateral que demanda el bloque de guiado.
CÉLULA: La célula del misil reacciona a las deflexiones de los controles con su propia
respuesta dinámica, resultando así en el movimiento del propio misil que, combinado
con el movimiento del blanco, determina la geometría relativa del encuentro, cerrando
así el bucle de control.
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EJERCICIO TEÓTICO PRÁCTICO (4 puntos):
Un misil equipado con un sistema de navegación, que le permita conocer su vector de
estado en cada momento del vuelo, lanzado contra un objetivo fijo del cual se conoce su
posición, puede implementar prácticamente cualquier ley de guiado, ya que se conoce
en todo momento la geometría relativa del problema.
Consideremos una bomba aérea equipada con un sistema de navegación INS-GPS de
alta precisión, de la que se requiere que impacte contra un blanco terrestre inmóvil, de
coordenadas conocidas, y además, que lo haga con una trayectoria de impacto vertical.
Para cumplir con los requerimientos, implementamos una ley de guiado por alineación,
cuya recta de alineamiento, evidentemente será la vertical desde el objetivo.
Geometría del problema
Hipótesis a considerar:
-
Movimiento en el plano vertical
Velocidad de la bomba constante en módulo(V)
γ << 1 en todo momento (Vz=-V y Vx=V·γ)
La bomba inicialmente se encuentra sobre la recta de alineamiento, pero su
•
velocidad no está alineada con esta, es decir X (0) = 0 y X (0) = V ⋅ γ 0 con
γ 0 ≠ 0 pero γ0<<1
Como primera aproximación, vamos a considerar que el retardo del sistema es nulo. En
primer lugar, vamos a tratar de implementar la ley de guiado de la siguiente manera,
demandando un factor de carga lateral proporcional a la separación horizontal de la
•
bomba con respecto a la recta de alineamiento, es decir γ = − K 1 ⋅ X .
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1.
2.
3.
4.
5.
Obtener la trayectoria de la bomba en la forma X(t) Z(t)
Obtener la ley temporal que sigue el factor de carga lateral
Obtener el valor máximo del error en distancia horizontal que podemos esperar
Obtener el valor máximo del error en ángulo de impacto que podemos esperar
A la vista de los parámetros de control de que disponemos, ¿qué podemos hacer
para disminuir estos errores?
6. ¿Qué inconveniente presenta la disminución de estos errores, respecto del factor
de carga lateral?
A la vista de los inconvenientes que hemos visto que presenta el implementar la ley de
guiado de esa forma, decidimos implementarla demandando un factor de carga lateral
proporcional a la separación horizontal de la bomba con respecto a la recta de
•
•
alineamiento y a su derivada, es decir γ = − K1 ⋅ X − K 2 ⋅ X .
7. ¿Qué relación deben de cumplir las constantes K1 y K2 para que la respuesta del
sistema en X tenga un amortiguamiento crítico?
Considerando que el amortiguamiento es el crítico:
8. Obtener la trayectoria de la bomba en la forma X(t) Z(t)
9. Obtener la ley temporal que sigue el factor de carga lateral
•
10. ¿Cómo sería la expresión de la ley de guiado (γ ) si considerásemos un retardo
de primer orden en el sistema?
FÓRMULAS:
La solución de la ecuación diferencial de segundo orden:
••
X +ω2 ⋅ X = 0
es:
X = A·cos(ωt ) + B·sen (ωt )
La solución de la ecuación diferencial de segundo orden:
••
•
X + 2ζω ⋅ X + ω 2 X = 0
es:
X = exp(−ωt )·[ A + B·t ]
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SOLUCIÓN AL EJERCICIO TEÓRICO PRÁCTICO:
1.
•
γ = − K1 · X
•
••
•
X = V ·γ → X = V ·γ
••
X + K 1 ·V · X = 0
X = A·cos ωt + B·senωt
X (0) = A = 0
•
X (0) = B·ω = V ·γ 0 → B =
X =
(
V
·γ 0 ·sen K 1 ·V ·t
K1
V
·γ 0
K1
)
Z = Z 0 − V ·t
2.
•
V ·γ
n=
g
(
•
)
V
g
(
γ = − K 1 · X = − K 1 ·V ·γ 0 ·sen K 1 ·V ·t → n = − · K 1 ·V ·γ 0 ·sen K 1 ·V ·t
3.
ERR X max =
V
·γ 0
K1
4.
ERRγ max = γ 0
5. Aumentar el valor de la ganancia K1
6. Aumentaría el valor del factor de carga lateral
7.
Amortiguamiento ⋅ crítico → ς = 1 →
K 22
= 4·V
K1
)
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8.
X = exp − K 1 ·V ·t ·[A + B·t ]
(
)
X (0) = A = 0
•
X (0) = B = V ·γ 0
(
X = V ·γ 0 ·t ·exp − K 1 ·V ·t
)
Z = Z 0 − V ·t
9.
•
V ·γ
n=
g
•
•
γ = − K1 · X − K 2 · X → n = −
(
)[
(
V 2 ·γ 0
·exp − K 1 ·V ·t · K 1 ·t + K 2 · 1 − K 1 ·t ·t
g
)]
10.
•
Considerando retardo de primer orden, la transformada de Laplace de γ será:
•
− K1 · X − K 2 · X
γ =
1 + τ ·s
•
Y la ley de guiado quedaría:
••
•
•
τ ·γ + γ = − K1 · X − K 2 · X