课程设计报告(火箭运载能力分析)

课程设计报告

一．题目

运载火箭运载性能分析

1. 总体参数

表1 两种改进型的总体参数

2. 俯仰角的设计

z改进型1 程序角设计方案为：一子级从90 度线性变化到14 度，二子级从14 度线性变化到2 度。

z改进型1 程序角设计方案为：一子级从90 度线性变化到18 度，二子级从18 度线性变化到4 度。

二．所用到的计算公式

d m dv =

dt

p ? 0.5ρv 2c

? mg sin

θ dx

= v cos θ dt dy

= v sin θ dt

三．编程思想及框图

由于编程的目的是解决求解微分方程的解，所以可以采用计算方法里面的龙格库 塔求解法，或者欧拉求解法，我选用的是龙格库塔求解法，我的设计思想是这样的 主函数是解方程，另外建立火箭的模型，大气密度用函数计算，整合到 mian 函数中 进行解算，对比两种改进型的高度，速度及距离随时间的变化规律，作出判断。

四．程序代码

//头文件 rocket3.h

//完成两种改进型火箭的弹道特性计算，作者：胡攀 最后修改：2008-12-23 19：30 #include "stdio.h" #include "math.h" #ifndef ROCKET_H #define ROCKET_H double ru(double h);

void kuta (int n, double t, double midu, double h, double* y, void Fct( double t, double midu, double* y, double* f));//龙格库塔积分函数 void Fct1(double t, double midu, double* y, double* f); //改进型一号的第一级火箭模型 void Fct2(double t, double midu, double* y, double* f); //改进型一号的第二级火箭模型 void Fct3(double t, double midu, double* y, double* f); //改进型二号的第一级火箭模型 void Fct4(double t, double midu, double* y, double* f); //改进型二号的第二级火箭模型

double ru(double h); //大气密度函数

#endif

//主函数

#include

#include

#include"rocket3.h"

void main()

{

//主函数中各变量定义n 是模型状态量数 ,h 是步长，t 是时间，midu 为大气密度

int n,j;

double h,t,tf,midu;

double *y;

FILE *fp;

printf("请输入积分步长 'h'.\n");

scanf("%lf",&h); printf("开始计算改进型一

号的运载特性\n"); n=3;

y=new double[n];

fp=fopen("a.text","w");

y[0]=0;

y[1]=0; y[2]=0;

tf=152.063;

t=0;

for(j=0;1;j++)

//改进型一号第一级火箭发动机

{

midu=ru(y[2]);

kuta(n, t,midu, h, y, Fct1);

t=h*j;

fprintf(fp,"%lf %lf %lf %lf\n",t,y[0],y[1],y[2]); //写进文件a.text

if(t>=tf)

break;

}

printf(" 第一级火箭分离时，火箭速度 %lf m/s ，射程 %lf m,高度 %lf m\n",y[0],y[1],y[2]);

tf=173.239;

t=0;

for(j=0;1;j++)

//改进型一号第二级火箭发动机

{

midu=ru(y[2]);

kuta(n, t,midu, h, y, Fct2);

t=h*j;

if(t>=tf)

break;

fprintf(fp,"%lf %lf %lf %lf\n",t+152.063,y[0],y[1],y[2]); //写进文件a.text

}

printf(" 第二级火箭分离时，火箭速度 %lf m/s ，射程 %lf m,高度 %lf m\n",y[0],y[1],y[2]);

printf("开始计算改进型二号的运载特性\n");

fp=fopen("b.text","w");

y[0]=0;

y[1]=0;

y[2]=0;

tf=141.881;

t=0;

for(j=0;1;j++)

//改进型二号第一级火箭发动机

{

midu=ru(y[2]);

kuta(n, t,midu, h, y, Fct3);

t=h*j;

if(t>=tf)

break;

fprintf(fp,"%lf %lf %lf %lf\n",t,y[0],y[1],y[2]); //写进文件b.text

}

printf(" 第一级火箭分离时，火箭速度 %lf m/s ，射程 %lf m,高度 %lf m\n",y[0],y[1],y[2]);

tf=178.887;

t=0;

for(j=0;1;j++)

//改进型二号第二级火箭发动机

{

midu=ru(y[2]);

kuta(n, t,midu, h, y, Fct4);

t=h*j;

if(t>=tf)

break;

fprintf(fp,"%lf %lf %lf %lf\n",t+141.881,y[0],y[1],y[2]); //写进文件b.text

}

printf(" 第二级火箭分离时，火箭速度 %lf m/s ，射程 %lf m,高度 %lf m\n",y[0],y[1],y[2]);

//火箭各级的函数模型

#include"rocket3.h"

void Fct1( double t, double midu, double* y, double* f)

{

double m,p,Cd,d,s,g,g0,R,st,mf,tf;

Cd=0.2;//改进型一号第一级火箭发动机

R=6378135;

Cd=0.2;

d=3.35;

s=d*d/4;

tf=152.063;

g0=9.8;

mf=983.119;

p=2786093;

st=3.1415926/2-t*(76*3.1415926/180)/tf;

m=200509-t*mf;

g=g0*(R/(R+y[2]))*(R/(R+y[2]));

f[0]=(p-0.5*midu*y[0]*y[0]*Cd*s-m*g*sin(st))/m;

f[1]=y[0]*cos(st);

f[2]=y[0]*sin(st);

}

void Fct2( double t, double midu, double* y, double* f)

{

double m,p,Cd,d,s,g,g0,R,st,mf,tf;

Cd=0.2; //改进型一号第二级火箭发动机

R=6378135;

Cd=0.2;

d=3.35;

s=d*d/4;

tf=173.239;

g0=9.8;

mf=194.933;

p=565711;

st=14*3.1415926/180-t*(12*3.1415926/180)/tf;

m=40713-t*mf;

g=g0*(R/(R+y[2]))*(R/(R+y[2]));

f[0]=(p-0.5*midu*y[0]*y[0]*Cd*s-m*g*sin(st))/m;

f[1]=y[0]*cos(st);

f[2]=y[0]*sin(st);

}

void Fct3( double t, double midu, double* y, double* f)

{

double m,p,Cd,d,s,g,g0,R,st,mf,tf;

Cd=0.2; //改进型二号第一级火箭发动机

R=6378135;

Cd=0.2;

d=3.35;

s=d*d/4;

tf=141.881;

g0=9.8;

mf=983.285;

p=2786565;

st=3.1415926/2-t*(72*3.1415926/180)/tf;

m=200543-t*mf;

g=g0*(R/(R+y[2]))*(R/(R+y[2]));

f[0]=(p-0.5*midu*y[0]*y[0]*Cd*s-m*g*sin(st))/m;

f[1]=y[0]*cos(st);

f[2]=y[0]*sin(st);

}

void Fct4( double t, double midu, double* y, double* f)

{

double m,p,Cd,d,s,g,g0,R,st,mf,tf;

Cd=0.2; //改进型二号第二级火箭发动机

R=6378135;

Cd=0.2;

d=3.35;

s=d*d/4;

tf=178.887;

g0=9.8;

mf=244.014;

p=708580;

st=18*3.1415926/180.0-t*(14*3.1415926/180)/tf;

m=50995-t*mf;

g=g0*(R/(R+y[2]))*(R/(R+y[2]));

f[0]=(p-0.5*midu*y[0]*y[0]*Cd*s-m*g*sin(st))/m;

f[1]=y[0]*cos(st);

f[2]=y[0]*sin(st);

}

}

#include"rocket3.h"

double ru(double h)

{

double T,T0=288.15,ru,ru0=1.2495;

if (h>=0&&h<=11000)

{

T=(288.15-0.0065*h);

ru=ru0*pow((T/T0),4.25588);

}

else if(h>=11000&&h<=20000)

{

T=216.65;

ru=0.36392/pow(2.718281828459,(h-11000)/6341.62);

}

else if(h>=20000&&h<=32000)

{

T=(228.65+0.001*(h-20000));

ru=0.088035*pow(216.6/T,35.1632);

}

else if(h>=32000&&h<=47000)

{

T=228.65+0.0028*(h-32000);

ru=0.013225*pow(228.65/T,13.2011);

}

else if(h>=47000&&h<=51000)

{

T=270.65;

ru=0.00142754/pow(2.718281828459,((h-47000)/7922.27));

}

else if(h>=51000&&h<=71000)

{

T=270.65-0.0028*(h-51000);

ru=0.0008616*pow(T/270.65,11.2011);

}

else if(h>=71000&&h<=86000)

{

T=214.65-0.002*(h-71000);

ru=0.000064211*pow(T/214.65,16.0818);

}

else if(h>=86000)

ru=0;

return(ru);

}

#include "rocket3.h"

//////////////////////////////////////////////////////////////////////

// Construction/Destruction

//////////////////////////////////////////////////////////////////////

//n 为状态数，t 为时间，h 为步长，y 为状态指针

void kuta (int n, double t, double midu, double h, double* y, void Fct( double t, double midu, double* y, double* f))

{

int i;

double *f;

double k1,k2,k3,k4,k;

f=new double[n];

(*Fct)( t, midu, y, f);

for(i=0;i

{

k=y[i]; k1=f[i];

y[i]=y[i]+k1*h/2;

(*Fct)( t, midu, y, f);

k2=f[i];

y[i]=y[i]+k2*h/2;

(*Fct)( t, midu, y, f);

k3=f[i];

y[i]=y[i]+k3*h;

(*Fct)( t, midu, y, f);

k4=f[i];

y[i]=k+(k1+2*k2+2*k3+k4)*h/6;

}

}

五．结果

图片对比

从上面的图片对比中，我们可以很明白看出，改进型一的发动机工作完毕后速度大，而改进型二的高度大，各有所长。

六课程设计编程体会

从这次的课程设计中，我还是学到了不少东西，比如努力的方向，要在航天方面有所作为，需要学好的东西还有很多。编程的技巧还有很多，还有C 语言中的很多不常用的功能需要补充进知识体系。

针对的课程设计的这次作业，我感觉还是准备不够，虽然说程序自己编出来了，

但还是感觉不够令人满意，需要提高的地方还有很多！我也在努力完善。