潛艇魚雷發(fā)射初期彈道研究*

刁宏偉 李志華 周開華

(91183部隊業(yè)務處1) 青島 266042)(海軍蚌埠士官學校兵器系2) 蚌埠 233012)

1 引言

魚雷發(fā)射出管后初期彈道包括空中彈道、入水彈道及初始彈道,如圖1所示。魚雷初始彈道同魚雷發(fā)射的安全性和攻擊的有效性緊密相關。魚雷參數(shù)如何設定才能使魚雷的初始彈道滿足實戰(zhàn)要求而不會出現(xiàn)跳水或袋深過大導致沉底;進而提出對發(fā)射海區(qū)的要求。本文通過對初期彈道數(shù)學模型的仿真為潛艇發(fā)射魚雷提供一定的理論可行性依據(jù),以保證魚雷的有效使用,減少試驗次數(shù)和損失。從魚雷全彈道示意圖可以看出,潛艇的初期彈道就是初始彈道。關于魚雷空間運動參考坐標系的確定可參考文獻[1]。

圖1 魚雷全彈道示意圖

2 魚雷初始彈道數(shù)學模型

魚雷初始彈道是指魚雷進入定常工作狀態(tài)或到設定深度穩(wěn)定航行之前的運動彈道[2～3]。

2.1 魚雷動力學方程

在雷體坐標系中,以T表示魚雷動力學系統(tǒng)動能,u,v,ω表示魚雷速度V在三個軸上的分量,p,q,r表示魚雷角速度ω在三個軸上的分量,則雷體坐標系中魚雷動力學系統(tǒng)的動量G和動量矩H為:

2.2 魚雷運動學方程組[4～5]

為了描繪出魚雷的空間彈道軌跡,必須求得魚雷質心在固定坐標系(地面坐標系)的各速度分量:

魚雷 的航程 :˙s=V

2.3 魚雷機械慣性控制系統(tǒng)數(shù)學模型[6～7]

2.3.1 舵角方程

式中:Mue為牽連慣性力矩,Mg為重力矩,Mε為阻尼力矩,Mf為輔助簧力矩,Md為定角簧的力矩[4]。

2.3.3 航向控制方程

由于時間步長 T很小,遠小于我們選取的積分步長,所以可近似的按下面關系確定直舵角的值:

s4為管制距離。

當尋深或有自導型號時(即定角航行時):δy=0當水平航行時:

2.3.2 擺錘運動方程

3 潛艇魚雷發(fā)射彈道仿真結果

仿真條件:設發(fā)射深度-9m,定深15m,管制距離80m;圖2～3為延遲時間為6s,不同舵角時,出管速度對彈道的影響,圖4～5出管速度為22m/s,不同舵角時,延遲時間對彈道的影響。

4 結語

潛艇發(fā)射魚雷,袋深在魚雷出管速度12～27m/s范圍內(nèi)隨出管速度增加而減少,但變化不大。在舵角1.5時,袋深最小,在18～21m左右。魚雷袋深隨延遲時間的增加而增大。舵角為1.5時,魚雷袋深范圍在18～22m最小。

[1]陳一雕,馬士杰.潛艇魚雷發(fā)射器內(nèi)彈道計算[J].水中兵器通訊,1977(3):1～18

[2]張宇文.魚雷彈道與彈道設計[M].西安:西北工業(yè)大學出版社,1999

[3]練永慶,王樹宗.水下發(fā)射器的氣體流量控制閥優(yōu)化設計[J].彈道學報,2002(2):1～6

[4]張振山.一種握高正橫布置潛艇發(fā)射裝置發(fā)射安全性的方法[J].海軍工程大學學報,2004(1):42～46

[5]宣建明.水聲對抗器材發(fā)射安全性研究[C]//發(fā)射技術論文集.昆明:705所資料,2000,9:371～381

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[7]周徐昌,黃文玲.魚雷控制系統(tǒng)分析與設計[M].武漢:海軍工程學院,1999,1