Dynamic Simulation and Statistical Assessment of Free-fall Ordnance Trajectories

This thesis aims to develop a software utility for the dynamic simulation and statistical assessment of free-fall ordnance trajectories, designed to overcome the highly demanding computational requirements of existing prediction tools, as well as the complexity of characterizing the aerodynamic properties of a generic projectile. The proposed tool is integrated into the SILCROAD (Simulation Library for Craft Object Advanced Dynamics) environment in MATLAB, enhancing its capability to simulate and analyze the dynamics of unguided munitions. The methodology centers on a 6-DOF dynamic model that relies on a straightforward geometric characterization to compute aerodynamic forces and predict trajectories under various launching conditions. Perturbations are introduced to simulate realistic scenarios, and an accuracy assessment framework is implemented to evaluate the ordnance performance objectively. Key findings demonstrate that the software can accurately predict the trajectory and impact points of free-fall ordnance. The tool’s versatility allows for the study of different geometric models and initial conditions, validating its applicability to a wide range of scenarios. The designed software stands out for its efficiency and robustness, offering a valuable resource for accurate and efficient prediction of free-fall ordnance behavior under various conditions, fulfilling the objective of reducing computational power requirements and assessment time while maintaining accuracy.

Questa tesi si propone di sviluppare un’utilità software per la simulazione dinamica e la valutazione statistica delle traiettorie di ordigni a caduta libera, progettata per superare i requisiti computazionali estremamente esigenti degli strumenti di previsione esistenti, così come la complessità della caratterizzazione delle proprietà aerodinamiche di un proiettile generico. Lo strumento proposto è integrato nell’ambiente SILCROAD (Simulation Library for Craft Object Advanced Dynamics) in MATLAB, migliorandone la capacità di simulare e analizzare la dinamica delle munizioni non guidate. La metodologia si basa su un modello dinamico a 6 gradi di libertà che utilizza una caratterizzazione geometrica semplice per calcolare le forze aerodinamiche e prevedere le traiettorie in diverse condizioni di lancio. Vengono introdotte perturbazioni per simulare scenari realistici, e viene impiegato un quadro di valutazione della precisione per valutare oggettivamente le prestazioni dell’ordigno. I risultati principali dimostrano che il software può prevedere con precisione la traiettoria e i punti di impatto degli ordigni a caduta libera. La versatilità dello strumento consente lo studio di diversi modelli geometrici e condizioni iniziali, validando la sua applicabilità a un’ampia gamma di scenari. Il software progettato si distingue per la sua efficienza e robustezza, offrendo una risorsa preziosa per la previsione accurata ed efficiente del comportamento degli ordigni a caduta libera in varie condizioni, soddisfacendo l’obiettivo di ridurre i requisiti di potenza computazionale e i tempi di valutazione mantenendo al contempo l’accuratezza.