火箭全程模拟软件(含源码)

学术   科技   2024-04-25 21:36   英国  

为大家介绍一款结合了用户交互和科学计算的火箭全程模拟软件(MATLAB App),为航天爱好者、教育工作者和学生设计,帮助理解和分析模型火箭的发射、飞行及降落过程。通过精心设计的用户界面,用户可以输入和调整一系列火箭和飞行参数,观察这些变化如何实时影响火箭的轨迹。

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软件主要功能和特点包括:

  • 火箭配置设定:允许用户设置包括火箭横截面积、质量、阻力系数、燃料质量和总冲量等核心物理参数。
  • 降落伞模拟:提供降落伞的选项,包括是否部署降落伞、降落伞展开时间、阻力系数以及伞罩负载系数,使用户能够模拟并理解降落伞对飞行动态的影响。
  • 基础物理参数输入:输入空气密度、重力加速度、风速和风向等环境参数,来更准确地模拟实际飞行条件。
  • 发射方向控制:用户可以指定火箭的发射角度,包括水平面内的角度和与垂直方向的夹角,为火箭的初始飞行轨迹设定方向。
  • 实时图形输出:通过图表直观展示火箭的飞行轨迹、速度和高度随时间的变化关系,以及最终的着陆点。

主要参数定义(不含降落伞)

    1. 'Area of longitudinal section of aircraft/m^{2}':
    • 指火箭纵截面的面积,影响气体流经火箭表面时的阻力,对火箭动力学性能有重要影响。
  1. 'Constant Mass':
    • 火箭的恒定部分的质量,不包括燃料。这是火箭结构和有效载荷的总质量。
  2. 'Coefficient of fuselage resistance (Cd)':
    • 阻力系数,一个无量纲系数,用于描述物体与流体的相互作用,影响阻力的大小。
  3. 'Injection time/s':
    • 指火箭推进剂的注入或燃烧时间,影响火箭能达到的最大速度和高度。
  4. 'Fuel mass at ignition':
    • 发动机点火时的燃料质量。
  5. 'Total Impulse/N*sec':
    • 总冲量,火箭发动机推进剂在完全燃烧后产生的动量,是推力和燃烧时间的乘积。
  6. 'Fuel mass at end of burn':
    • 燃烧结束时剩余的燃料质量。
  7. 'Cross-sectional area of fuselage/m^{2}':
    • 指火箭横截面的面积,直接影响空气阻力。
  8. 'Weight unit setting':
    • 用户可选择质量单位(如千克或克),影响显示的质量数值。
  9. 'Parachute on':
    • 选择是否使用降落伞。
  10. 'Time to parachute deployment/s':
    • 降落伞展开的时间,通常在火箭开始下降阶段。
  11. 'Projected area of parachute/m^{2}':
    • 降落伞展开后的有效面积,影响降落速度。
  12. 'Resistance coefficient of parachute (Cd)':
    • 降落伞的阻力系数,类似于火箭本体的阻力系数。
  13. 'Parachute canopy load coefficient (Cxo)':
    • 降落伞伞罩的负载系数,可能与降落伞的设计和材料有关。
  14. 'Air Density/kgm^{-3}':
    • 空气密度,影响火箭的阻力和降落伞性能。
  15. 'Gravitational acceleration':
    • 重力加速度,地球重力对物体的加速度。
  16. 'Wind velocity/ms^{-1}':
    • 风速,影响火箭的飞行轨迹和降落伞阶段的飞行路径。
  17. 'Wind direction/deg':
    • 风向,以度为单位,表明风从哪个方向吹来。
  18. 'Wind impact':
    • 风的影响度,可能表示风在模拟中的随机性或不确定性。
  19. 'Launch direction \theta/deg':
    • 发射方向的θ角,表示火箭与水平面的夹角。
  20. 'Launch direction \phi/deg':
    • 发射方向的φ角,表示火箭在水平面内的发射方向。
  21. 'Wind velocity'
    • 风速
  22. 'Wind direction''
    • 风向
  23. 'Wind impact'
    • 风的影响系数

仿真演示

按照图中参数设置(暂时禁用降落伞功能)

发射角设为:

  • .
  • .
  • .
  • .

火箭轨迹仿真结果为:

速度-时间曲线

高度-时间曲线

速度-高度-时间曲线

控我所思VS制之以衡
专注于控制理论、控制工程、数学、运筹、算法等方面的经验积累与分享
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