增程修正彈地面密集度影響因素量化分析*

韓 宇,楊 瑩,卜祥磊,倪慶杰

(1 海軍駐沈陽彈藥專業(yè)軍事代表室,沈陽 110045;2 遼沈工業(yè)集團有限公司,沈陽 110045)

0 引言

復(fù)合增程修正彈是新型的信息化彈藥,不同于常規(guī)彈藥,也不同于制導(dǎo)彈藥,目前國內(nèi)還沒有彈道修正彈試驗的國軍標(biāo)及其它相關(guān)標(biāo)準,復(fù)合增程修正彈地面密集度試驗考核具有以下特點:

1)影響地面密集度的環(huán)節(jié)多(試驗條件:氣象、火炮等;彈藥平臺:初速、彈丸外形及質(zhì)量的一致性、底排、火箭等;修正引信:信息接收、彈道解算及修正控制機構(gòu)、安保及發(fā)火機構(gòu)等),為分析試驗數(shù)據(jù),需對各影響因素進行量化分析;

2)修正引信不同于普通引信,它參與全彈地面密集度指標(biāo)考核,修正引信作為彈道修正的執(zhí)行部件,是地面密集度的主要影響因素。

文中結(jié)合國內(nèi)某增程修正彈的特點及研制,對影響地面密集度的因素及量化分析方法進行了探討。

1 某復(fù)合增程修正彈結(jié)構(gòu)組成及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

國內(nèi)某復(fù)合增程修正彈采用底排火箭復(fù)合增程技術(shù),射程較制式彈增加60%;采用衛(wèi)星探測飛行彈道參數(shù)、阻力環(huán)修正技術(shù),縱向地面密集度由原1/180提高到1/600以上,其結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 某復(fù)合增程修正彈結(jié)構(gòu)圖

圖2 復(fù)合增程修正彈阻力片張開圖

1.2 工作原理

彈藥在發(fā)射前進行信息裝定(包括射擊諸元、

氣

象諸元、最新衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)、炮位坐標(biāo)、目標(biāo)位置坐標(biāo)等)。發(fā)射后,彈上的底排藥在膛內(nèi)被發(fā)射藥點燃,出炮口后,底排藥繼續(xù)工作,減阻增程;約16 s時,火箭發(fā)動機點火,工作時間約1.5 s,助推增程。

火炮擊發(fā)彈丸運動后,修正引信的電源激活,衛(wèi)星信號接收機進行搜索和定位,飛行控制器對衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)進行處理,預(yù)測彈丸落點坐標(biāo)位置,并與目標(biāo)坐標(biāo)位置進行比較,解算出阻力環(huán)展開時間,控制阻力環(huán)適時展開,增加彈丸飛行阻力,減小射程,從而使彈丸飛向目標(biāo)位置,實現(xiàn)距離上彈道修正[1],原理如圖3所示。

圖3 衛(wèi)星體制的修正彈工作原理圖

2 影響地面密集度的因素分析

由復(fù)合增程修正彈的結(jié)構(gòu)組成及工作原理分析,影響該型彈縱向地面密集度的因素較多,需對這些影響因素進行分析。

2.1 試驗條件的影響

試驗條件對地面密集度結(jié)果具有直接影響。如地面和高空氣象條件不穩(wěn)定、火炮狀態(tài)不好、射手瞄準情況以及一組彈丸射擊時間長短等都會對地面密集試驗結(jié)果產(chǎn)生影響。

2.2 彈藥平臺的影響

彈藥平臺的穩(wěn)定程度對地面密集度結(jié)果具有重要影響。如彈丸初速跳動大,彈丸外形及質(zhì)量的一致性不好,底排、火箭工作不穩(wěn)定等都會對地面密集試驗結(jié)果產(chǎn)生影響。彈藥平臺影響地面密集度結(jié)果的故障樹如圖4。

2.3 修正引信的影響

修正引信的作用可靠程度對地面密集度結(jié)果具有顯著影響。如接收機信息接收不穩(wěn)定、衛(wèi)星沒有定位或定位精度不準、彈道解算及修正控制機構(gòu)作用不可靠、阻力修正機構(gòu)、安保及發(fā)火機構(gòu)作用不正確等都會對地面密集試驗結(jié)果產(chǎn)生影響[2]。

3 影響因素的量化判別

由于影響復(fù)合增程修正彈的因素較多,進行地面密集度試驗時,如果出現(xiàn)地面密集度結(jié)果不滿足指標(biāo)要求的情況,需要對這些影響因素進行量化分析,確定影響因素,為后續(xù)改進設(shè)計提供依據(jù)。

圖4 彈藥平臺影響地面密集故障樹

3.1 對試驗條件的影響分析

按照國軍標(biāo)要求,地面密集度考核試驗需滿足嚴格的試驗條件:

1)氣象要求:按照現(xiàn)行國軍標(biāo),地面平均風(fēng)速不大于10 m/s,陣風(fēng)風(fēng)速不超過平均風(fēng)速的50%。

2)射擊時間要求:一組試驗時間在30 min以內(nèi)。

3)試驗用火炮:要求在1/4周期壽命周期內(nèi),穩(wěn)炮狀態(tài)良好。

4)射擊瞄準:射角、射向裝定按規(guī)定操作。

地面密集度考核試驗應(yīng)在滿足上述軍標(biāo)要求的試驗條件下進行,如在未滿足上述試驗條件的情況下進行地面密集度試驗,出現(xiàn)不滿足指標(biāo)的情況,試驗條件對密集度影響情況需進行重點分析。

3.2 對彈藥平臺的影響分析

按照國軍標(biāo)要求,地面密集度考核試驗需用測速雷達測彈丸的初速,用全彈道跟蹤雷達進行全彈道跟蹤。通過雷達數(shù)據(jù),可以看出彈藥平臺各指標(biāo)對地面密集度的影響情況[3]。

3.2.1 初速的影響

測量彈丸初速,分析初速均值與或然誤差是否滿足指標(biāo)要求。如果初速均值和或然誤差滿足指標(biāo)要求,則可排除初速因素的影響。

3.2.2 底排工作可靠性的影響

利用彈道跟蹤雷達數(shù)據(jù),觀測底排工作段速度曲線,考核底排工作時間及減阻效率的一致性,如圖5所示。

圖5 雷達跟蹤的速度曲線

不同彈的速度降不同,對該彈要求:

1)2 s時的速度降(組內(nèi)最大值)Δv2≤100 m/s(考核底排工作時間的一致性);

2)10 s時的速度降(組內(nèi)最大值)Δv10≤180 m/s;

3)15 s時的速度降(組內(nèi)最大值)Δv15≤410 m/s(考核底排減阻效率的一致性)。

通過數(shù)據(jù)對比,若出現(xiàn)底排工作時間及減阻效率的一致性不好的彈丸,則可判定底排因素為主要影響因素。

3.2.3 火箭工作可靠性的影響

利用外彈道跟蹤雷達數(shù)據(jù),觀測火箭點火時間及火箭發(fā)動機增速,分析判斷火箭工作是否正常。

不同彈的發(fā)動機點火時間及增速不同,對該彈要求:

1)延期點火具點火時間:(15±1.5) s范圍內(nèi);

2)發(fā)動機增速≥110 m/s,一組增速散差≤8 m/s。

通過數(shù)據(jù)對比,若出現(xiàn)火箭點火時間及火箭發(fā)動機增速不穩(wěn)定的彈丸,則可判定火箭因素為主要影響因素。

3.2.4 無控段彈丸飛行阻力系數(shù)的影響

無控段彈丸飛行阻力系數(shù)跳差大小影響彈丸的地面密集度。利用彈道跟蹤雷達測彈丸無控段彈道飛行參數(shù),對無控段彈丸阻力系數(shù)辯識,統(tǒng)計無控段彈體阻力系數(shù)跳差百分數(shù),進而判別無控彈的彈丸飛行阻力是否滿足設(shè)計要求。

3.2.4.1 提取彈丸飛行阻力系數(shù)的方法

基于測量的速度、速度分量和空間坐標(biāo),利用外彈道方程組中關(guān)于速度與阻力系數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,結(jié)合彈丸的結(jié)構(gòu)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、空間坐標(biāo)等,可將彈丸無控飛行段的阻力系數(shù)提取出來。處理方法詳見《彈箭外彈道學(xué)》[4]。

3.2.4.2 數(shù)學(xué)模型

考慮主要影響因素,彈丸質(zhì)心速度方程可簡化為:

(1)

考慮到實際射擊過程中風(fēng)的影響,彈丸質(zhì)心速度方程可修正為如下形式:

(2)

(3)

式中:wx為縱風(fēng)；wz為橫風(fēng)。

將彈丸的阻力系數(shù)cx從方程(2)中反求出來,可得:

(4)

這樣就得到了阻力系數(shù)的解析表達式。

3.2.4.3 計算步驟

實施上述方法時,按以下步驟:

1)讀取彈道上每一點的雷達數(shù)據(jù):時間t、距離x、高度y、側(cè)偏z、總速度v以及速度分量vx,vy,vz;

2)利用該彈道點所測高度y,從實測氣象數(shù)據(jù)中插值得到該彈道點的氣壓P、虛溫τ、縱風(fēng)wx以及橫風(fēng)wz,并利用式(2)計算出彈丸空速vr;

3)利用外彈道學(xué)公式[5]計算出該彈道點對應(yīng)的馬赫數(shù)Ma和大氣密度ρ:

(5)

4)利用該彈道點上的速度分量,計算出彈道偏角和彈道傾角:

(6)

(7)

6)彈丸參數(shù)m、S均為已知量,重力加速度取g=9.80 m/s2,并將式(5)～式(7)代入方程(4),即求得阻力系數(shù)cx,該阻力系數(shù)對應(yīng)一定的馬赫數(shù)。由于不同彈道點對應(yīng)不同的馬赫數(shù),則可得到不同馬赫數(shù)下的阻力系數(shù)cx。

采用以上方法,辯識該彈的無控段彈體阻力系數(shù)跳差百分數(shù)((組內(nèi)最大阻力系數(shù)-最小阻力系數(shù))/組平均阻力系數(shù))。對該彈,一組彈要求:無控段彈體阻力系數(shù)跳差百分數(shù)≤8.5%(馬赫數(shù)Ma=1.5)。若出現(xiàn)跳差百分數(shù)跳動過大情況,則可判定無控段彈丸飛行阻力系數(shù)為主要影響因素。

3.3 修正引信的影響分析

通過彈道跟蹤雷達,對以下幾個因素進行分析、判斷。

3.3.1 阻力環(huán)是否張開

對無控彈藥平臺的各因素進行分析,如果彈藥平臺工作正常,無控彈的預(yù)估射程大于修正射程點,理論上阻力環(huán)應(yīng)張開。通過雷達跟蹤曲線上的拐點來判別阻力環(huán)是否正常張開。

如果阻力環(huán)沒有正常張開,需對以下因素進行分析:

1)衛(wèi)星是否定位;

2)衛(wèi)星定位精度是否不準,導(dǎo)致阻力環(huán)張開時間計算不準確;

3)阻力環(huán)有沒有接到張開信息或阻力環(huán)因變形而沒有張開。

試驗時,如果采用惰性戰(zhàn)斗部,可通過對彈丸回收檢測來判別具體原因。

3.3.2 阻力環(huán)開環(huán)時間

試驗后,計算每發(fā)彈的阻力環(huán)理論張開時間,通過雷達跟蹤曲線拐點,判斷阻力片的具體開環(huán)時間,分析阻力環(huán)是否按照設(shè)定的開環(huán)時間張開。

3.3.3 阻力環(huán)阻力系數(shù)跳差

如果阻力片張開不一致、沒張開到位,會影響修正效果。

利用彈道跟蹤雷達測得的阻力環(huán)張開后的飛行彈道參數(shù)(方法同3.2.4.2),辯識阻力環(huán)張開后阻力系數(shù),統(tǒng)計阻力環(huán)阻力系數(shù)跳差百分數(shù)((組內(nèi)最大阻力系數(shù)-最小阻力系數(shù))/組平均阻力系數(shù))。對該彈,一組彈要求:≤12%(馬赫數(shù)Ma=1.5)。

4 結(jié)論

對影響復(fù)合增程修正彈縱向地面密集度的因素進行分析,進而判斷各個環(huán)節(jié)是否工作正常。對于初速、火箭、阻力環(huán)張開等因素判別相對容易且直觀;對底排工作可靠性、阻力片張開一致性需要通過提取飛行阻力系數(shù)的方法來區(qū)別,且需要一定的試驗數(shù)據(jù)的積累。

文中為復(fù)合增程修正彈地面密集度試驗結(jié)果分析提供了理論依據(jù)及技術(shù)支持,通過對復(fù)合增程修正彈地面密集度影響因素的量化分析,可以確定試驗中各影響因素對密集度的影響程度,為產(chǎn)品的后續(xù)改進設(shè)計提供依據(jù)。