入水參數(shù)對(duì)自導(dǎo)深彈攻潛彈道的影響與分析

程善政, 葉利民, 李宗吉, 田 兵

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入水參數(shù)對(duì)自導(dǎo)深彈攻潛彈道的影響與分析

程善政1, 葉利民2, 李宗吉1, 田 兵1

(1. 海軍工程大學(xué) 兵器工程系, 湖北 武漢, 430033; 2. 海軍工程大學(xué) 研究生院, 湖北 武漢, 430033)

為分析自導(dǎo)深彈的攻潛彈道, 建立了自導(dǎo)深彈在縱平面內(nèi)的彈道數(shù)學(xué)模型, 利用MATLAB/Simulink軟件對(duì)不同入水參數(shù)下深彈攻擊作勻速直線運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)潛艇的彈道進(jìn)行了仿真, 仿真結(jié)果表明, 攻擊同一目標(biāo)時(shí), 入水參數(shù)對(duì)自導(dǎo)深彈水下攻潛的彈道影響較大。該結(jié)果對(duì)空投自導(dǎo)深彈的戰(zhàn)術(shù)使用有一定的參考價(jià)值。

自導(dǎo)深彈; 攻潛彈道; 入水參數(shù); 仿真

0 引言

在英阿馬島海戰(zhàn)中, 一架英國(guó)直升機(jī)用MK11航空深彈一舉擊傷阿根廷“圣菲”號(hào)潛艇, 說(shuō)明深彈在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中仍可以發(fā)揮重要的作用, 尤其是反潛機(jī)使用航空深彈。非自導(dǎo)航空深彈具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格便宜、便于大量生產(chǎn)和裝備、可靠性高、不受水文條件限制及機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn), 航空自導(dǎo)深彈在基本保留了非自導(dǎo)航空深彈上述優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)之上增加了自導(dǎo)導(dǎo)引功能, 使其攻潛的深度和命中概率都有較大的提高[1]。

利用MATLAB/Simulink軟件[2]對(duì)自導(dǎo)深彈在追蹤導(dǎo)引舵控制規(guī)律下縱平面內(nèi)攻擊作勻速直線運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)潛艇的彈道進(jìn)行仿真, 不同的入水速度以及入水姿態(tài)角下的攻潛彈道有所差別, 分析仿真的攻擊彈道對(duì)空投航空自導(dǎo)深彈的戰(zhàn)術(shù)使用有一定的參考價(jià)值。

1 運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型

1.1 基本假設(shè)

1) 深彈為剛體, 其外形對(duì)于垂直平面對(duì)稱, 在縱向運(yùn)動(dòng)中不產(chǎn)生側(cè)向力、偏航力矩和橫滾力矩;

2) 深彈的控制系統(tǒng)是理想的, 使深彈的對(duì)稱面保持在垂直平面內(nèi);

3) 深彈運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中不考慮產(chǎn)生的附加質(zhì)量;

4) 深彈完全浸沒(méi)在流體中, 并處于全沾濕狀態(tài);

5) 忽略流場(chǎng)等自然環(huán)境以及深彈自身的操舵誤差和探測(cè)誤差產(chǎn)生的影響;

6) 入水過(guò)程極短, 忽略入水段彈道對(duì)深彈入水參數(shù)的影響[3]。

1.2 坐標(biāo)系的建立

圖1 自導(dǎo)深彈水下受力示意圖

1.3 縱向運(yùn)動(dòng)方程

自導(dǎo)深彈水下受力如圖1所示, 進(jìn)而可以得到自導(dǎo)深彈的運(yùn)動(dòng)方程[4]

自導(dǎo)深彈所受力和力矩的模型為

1.4 控制規(guī)律

當(dāng)目標(biāo)在深彈自導(dǎo)引信探測(cè)范圍以內(nèi)時(shí), 深彈可依據(jù)其探測(cè)系統(tǒng)確定潛艇目標(biāo)的方位和距離。為使深彈以最快的方式攻擊潛艇, 擬采用追蹤導(dǎo)引舵操舵方法, 建立了如下操舵規(guī)律的控制模型[5]。

2 目標(biāo)捕獲判據(jù)

3 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型

4 仿真計(jì)算

4.1 仿真初始條件

4.1.1 自導(dǎo)深彈計(jì)算參數(shù)

自導(dǎo)深彈是在傳統(tǒng)深彈基礎(chǔ)上增加了自導(dǎo)捕獲和跟蹤目標(biāo)的裝置, 本文以俄羅斯S3V自導(dǎo)深彈作為研究對(duì)象, 其主要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能參數(shù)略。

4.1.2 目標(biāo)計(jì)算參數(shù)

一般情況下, 目標(biāo)作勻速定深直線運(yùn)動(dòng)。為簡(jiǎn)化計(jì)算, 本文只考慮潛艇作勻速定深直線運(yùn)動(dòng)的情況, 潛艇以最大航速作規(guī)避動(dòng)作。對(duì)目標(biāo)潛艇作如下假設(shè): 目標(biāo)在50 m和100 m深度上均作定深勻速直線運(yùn)動(dòng), 深彈入水的同時(shí), 潛艇以15 m/s的航速規(guī)避。

4.2 仿真結(jié)果與分析

4.2.1 不同入水參數(shù)時(shí)深彈攻擊50 m深度目標(biāo)

圖2 深彈攻擊50 m深度目標(biāo)時(shí)水下彈道

圖3 攻擊50 m深度目標(biāo)時(shí)深彈與目標(biāo)的距離隨時(shí)間變化圖

4.2.2 不同入水參數(shù)時(shí)深彈攻擊100 m深度目標(biāo)

圖4和圖5是自導(dǎo)深彈在不同的入水參數(shù)下攻擊100 m深度上作勻速直線運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)自導(dǎo)深彈的彈道圖及與目標(biāo)相對(duì)距離隨時(shí)間的變化圖。

圖4 深彈攻擊100 m深度目標(biāo)時(shí)水下彈道

5 結(jié)論

[1] 孫明太. 航空反潛概論[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 1997.

[2] 張志涌. MATLAB教程[M]. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2001.

[3] 魏鳳昕. 火箭深彈外彈道學(xué)[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社,1992.

[4] 范輝, 張宇文, 李文哲. 自導(dǎo)深彈導(dǎo)引彈道設(shè)計(jì)與仿真[J]. 火力與指揮控制, 2009, 34(8): 75-79. Fan Hui, Zhang Yu-wen, Li Wen-zhe. Trajectory Design and Simulation Research on a Model of Self-guided Depth Bomb[J]. Fire Control &Command Control, 2009, 34(8): 75-79.

[5] 彭荊明, 舒旭光. 深彈控制仿真系統(tǒng)研究[J]. 水雷戰(zhàn)與艦船防護(hù), 2009, 17(1): 35-38. Peng Jing-ming, Shu Xu-guang. Research on Control Simulation System of Depth Charge[J]. Mine Warfare & Ship Defence, 2009, 17(1): 35-38.

Influence of Water-entry Parameters on Trajectory of Homing Depth Charge in Attacking Submarine

CHENG Shan-zheng1, YE Li-min2, LI Zong-ji1, TIAN Bing1

(1. Department of Weaponry Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China; 2. Graduate School, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)

In order to analyze the trajectory of a homing depth charge in attacking a submarine, we establish a mathematical model of longitudinal trajectory for the homing depth charge, and simulate the trajectory of the depth charge with different water-entry parameters in attacking a submarine with uniform rectilinear motion by using the software MATLAB/Simulink. Simulation result indicates that water-entry parameter exerts significant influence on trajectory of the depth charge in attacking a submarine. This research may be helpful in tactical application of airdropping a homing depth charge.

homing depth charge;attacking submarine trajectory;water-entry parameter; simulation

TJ631.2

A

1673-1948(2011)04-0250-05

2010-12-07;

2011-03-08.

程善政(1987-), 男, 碩士, 研究方向?yàn)槲淦飨到y(tǒng)與運(yùn)用工程.

(責(zé)任編輯: 陳 曦)