现代战争中,信息搜索和发布的速度越来越快,但快速投放武器的技术却进展缓慢,高超声速巡航飞行器由于具有较高的突防能力和时敏打击能力,受到越来越多国家的关注。 高超声速巡航飞行器属于航空与航天交叉领域,涵盖了众多学科,是多项前沿技术的综合,是一个庞大、复杂的精密系统。传统的由预研直接到物理样机的研制方法,研制周期长、成本高而且风险大。而虚拟样机在一定程度上不仅能够代替物理样机对备选设计方案进行测试、分析和评估,而且能贯穿战技指标论证、概念设计、详细设计、试制、验证试验和试飞等整个研制过程,从而有效缩短研制周期和节约研制经费。因此,有必要建立高超声速巡航飞行器动力学虚拟样机系统,对其进行仿真研究。 本文首先建立了高超声速巡航飞行器虚拟样机框架系统,划分样机的层次结构,并根据样机的层次结构,把虚拟样机系统分为环境子系统、弹体子系统、动力学子系统、GNC(Guidance Navigation&Control)子系统和参数解算子系统等五个子系统。其次建立了子系统的数学模型,并应用VPM(Virtual Prototype with Modeling)仿真平台提供的仿真机制,建立了子系统仿真模型。通过对子系统仿真模型的编辑和装配,集成了虚拟样机系统,并应用该样机系统对高超声速巡航飞行器进行了仿真验证飞行,从结果可以分析得到,该虚拟样机系统设计较为合理。该虚拟样机的建立将为高超声速巡航飞行器的研制提供重要的技术支持。 应用该虚拟样机对高超声速巡航飞行器进行了性能评估,包括过载、射程及命中精度计算。本文首先计算了飞行器的需用过载,按照飞行器的性能指标估算了飞行器的可用过载和需用过载;然后按照飞行器的起飞点和弹着点,估算了飞行器的射程。最后应用建立的虚拟样机系统进行了模拟打靶和统计分析,计算出了飞行器的弹着点准确度、弹着点密集度、圆概率偏差和命中概率,对高超声速巡航飞行器的命中精度这一性能进行了评估,并分析了产生偏差的原因。