艦炮首發(fā)彈丸初速預(yù)測(cè)新方法

解維河，孫衛(wèi)國(guó)，孫東彥

(1.海軍大連艦艇學(xué)院， 遼寧大連 116018； 2.北海訓(xùn)練基地， 山東 青島 266000)

首發(fā)彈丸初速值是艦炮能否首發(fā)命中和后續(xù)彈丸修正的重要依據(jù)，首發(fā)彈丸初速值的精確預(yù)測(cè)尤為重要，影響首發(fā)彈丸初速值的因素有膛蝕、藥溫、彈種、彈重和冷膛因素等，傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)首發(fā)彈丸初速方法包括使用測(cè)膛器測(cè)量藥室容積變化計(jì)算膛蝕影響初速大小，冷膛修正需要經(jīng)驗(yàn)估計(jì)等[1-5]，其預(yù)測(cè)方法誤差較大，使得首發(fā)彈丸初速的預(yù)測(cè)值不準(zhǔn)確。使用測(cè)速雷達(dá)后，雖能夠精確測(cè)量每發(fā)彈丸的初速，但是研究的焦點(diǎn)都是在如何提高測(cè)速雷達(dá)精度方面[6-8]，缺乏從使用角度研究提高首發(fā)彈丸初速預(yù)測(cè)的方法[9-10]，依據(jù)測(cè)速雷達(dá)精確測(cè)量的彈丸初速歷史數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的模型可以精確預(yù)測(cè)首發(fā)彈丸的初速值，提高彈丸首發(fā)命中精度。

1 首發(fā)彈丸初速預(yù)測(cè)影響因素分析

1.1 首發(fā)彈丸初速預(yù)測(cè)精度對(duì)射擊效果影響

新型中大口徑艦炮要發(fā)射彈丸命中目標(biāo)，就要精確計(jì)算出彈丸和目標(biāo)的相會(huì)點(diǎn)坐標(biāo)，命中精度與初速密切相關(guān)，影響艦炮射擊距離偏差的重要因素是彈丸初速誤差。其一，首發(fā)初速誤差小，使用準(zhǔn)確，可以有效減少射擊距離上的散布，提高首發(fā)命中精度；其二，首發(fā)彈丸落水后的偏差效果也是后續(xù)彈丸射擊校正的依據(jù)；其三，艦炮使用測(cè)速雷達(dá)后，由于測(cè)速雷達(dá)的預(yù)測(cè)模型中需要多次使用首發(fā)彈丸預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，首發(fā)彈丸初速的預(yù)測(cè)值會(huì)影響到后續(xù)彈丸的初速預(yù)測(cè)效果。因此，彈丸首發(fā)初速的預(yù)測(cè)效果不僅僅影響首發(fā)射擊精度，同時(shí)還影響到后續(xù)彈丸的射擊精度。

1.2 影響首發(fā)彈丸初速的因素

彈丸的初速在射擊過(guò)程中由于多種因素影響，其初速值并不是一個(gè)確定的值，初速V0是隨著條件的變化而變化的。彈丸的實(shí)際初速與表定初速不符的主要原因有下列4個(gè)方面：一是受到發(fā)射時(shí)高溫高壓氣體對(duì)炮膛金屬的熱作用、化學(xué)作用和沖擊作用，以及彈帶對(duì)炮膛陽(yáng)線的機(jī)械作用，逐漸使膛壁燒蝕和陽(yáng)線剝落，使炮膛直徑和藥室容積增大、藥室增長(zhǎng)和彈帶密封不嚴(yán)使膛壓降低，從而使彈丸初速變??；二是彈藥溫度隨外界氣溫的變化，高于或低于射表規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)藥溫15 ℃時(shí)，引起初速增大或減??；三是彈重非標(biāo)準(zhǔn)使初速變化；四是冷膛引起的初速修正量。

在初速影響因素中，膛蝕變化、彈種變化是由艦炮及裝藥性能決定的系統(tǒng)偏差量，藥溫變化是與射擊時(shí)的環(huán)境條件有關(guān)的偏差量，冷膛修正量是由火炮發(fā)射射擊特點(diǎn)引起的。

2 傳統(tǒng)首發(fā)彈丸初速確定方法

傳統(tǒng)的初速預(yù)測(cè)方法是分別預(yù)測(cè)影響初速的各種誤差值，進(jìn)行綜合修正，主要有以下幾方面：

1) 冷膛修正量的測(cè)量方法

根據(jù)射擊經(jīng)驗(yàn)估值，其誤差較大。

2) 測(cè)量膛蝕的方法

膛蝕對(duì)初速的影響因素主要是藥室的增長(zhǎng)量，測(cè)量膛蝕的方法是測(cè)量藥室增加量，從而計(jì)算成初速下降量，使用傳統(tǒng)測(cè)膛器測(cè)量，測(cè)量精度約為0.2 m/s。

3) 藥溫誤差預(yù)測(cè)方法

發(fā)射藥溫度與標(biāo)準(zhǔn)藥溫不同時(shí)，初速將會(huì)發(fā)生變化。根據(jù)藥溫引起初速偏差折合計(jì)算。

4) 彈重偏差預(yù)測(cè)方法

根據(jù)彈重偏差引起的初速偏差計(jì)算。

傳統(tǒng)的首發(fā)初速預(yù)測(cè)其特點(diǎn)是：

1) 誤差相對(duì)較大

傳統(tǒng)的首發(fā)初速預(yù)測(cè)值通過(guò)射擊指揮員經(jīng)驗(yàn)值和測(cè)量?jī)x器的值來(lái)進(jìn)行綜合分析計(jì)算，射擊指揮員根據(jù)既往的射擊遠(yuǎn)近彈情況綜合考慮，得出相應(yīng)的預(yù)測(cè)值，往往其使用中的數(shù)值和實(shí)際的效果相差較大，引起射擊距離偏差較大。

2) 對(duì)經(jīng)驗(yàn)依賴大

對(duì)射擊指揮員的經(jīng)驗(yàn)要求高，其數(shù)值的準(zhǔn)確性通過(guò)射擊指揮員經(jīng)驗(yàn)決定，具有不確定性。

3 使用測(cè)速雷達(dá)后首發(fā)彈丸初速預(yù)測(cè)模型

測(cè)速雷達(dá)利用多普勒效應(yīng)對(duì)彈丸初速進(jìn)行測(cè)量的，其能夠逐發(fā)測(cè)量彈丸的初速，其測(cè)量精度能夠達(dá)到0.001 m/s，通過(guò)測(cè)速雷達(dá)的測(cè)量數(shù)值進(jìn)行分析，建立相應(yīng)的模型計(jì)算，能夠精確預(yù)測(cè)首發(fā)初速值。

3.1 冷膛修正量統(tǒng)計(jì)模型

設(shè)火炮已有n次射擊過(guò)程，每次射擊過(guò)程首發(fā)、第2發(fā)彈丸實(shí)測(cè)初速分別為Vnc/1、Vnc/2，則冷膛初速修正量表示為：

(1)

每次射擊，火控頁(yè)面在測(cè)速雷達(dá)欄顯示當(dāng)時(shí)發(fā)射彈丸實(shí)測(cè)初速和預(yù)測(cè)下一發(fā)初速，可將每次射擊第1、2發(fā)彈丸實(shí)測(cè)初速登記在火炮履歷簿中，在射擊預(yù)先準(zhǔn)備時(shí)，按照式(1)統(tǒng)計(jì)求出冷膛修正量。

3.2 膛蝕修正量統(tǒng)計(jì)模型

1) 統(tǒng)計(jì)模型

由于彈丸發(fā)射磨損膛線，造成隨著發(fā)射數(shù)增大，初速降低。膛蝕引起的初速偏差量(ΔV0s)，設(shè)取最近1次射擊中各發(fā)實(shí)測(cè)初速如表1所示。

表1 射擊實(shí)測(cè)初速、彈種符號(hào)、藥溫

表1中為除了首發(fā)外的各次射擊中各發(fā)實(shí)測(cè)彈丸初速記錄值。

根據(jù)測(cè)速雷達(dá)實(shí)測(cè)彈丸初速和射擊中藥溫、彈種符號(hào)，統(tǒng)計(jì)膛蝕(ΔV0s)模型如下：

(2)

式中：V0為使用彈藥標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)初速；ΔV0y為藥溫差引起的初速偏差；ΔVoq為彈重差引起的初速偏差。

若有不同射擊過(guò)程求取膛蝕數(shù)據(jù)，可取近3次取平均。

2) 藥溫引起的初速偏差量計(jì)算模型

發(fā)射藥溫度與標(biāo)準(zhǔn)藥溫不同時(shí)，初速將會(huì)發(fā)生變化。由資料可得，藥溫每變化9～10 ℃(具體數(shù)值見(jiàn)基本射表)相當(dāng)于初速變化1%。因此，實(shí)際藥溫偏離標(biāo)準(zhǔn)藥溫引起的初速偏差表示為：

(3)

式中：T為實(shí)際藥溫，通常為彈藥庫(kù)溫度(若運(yùn)出彈藥放在艙面時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)則為氣溫)。

3) 彈重差引起的初速偏差量計(jì)算模型

在同一裝藥的情況下，彈丸質(zhì)量增加，發(fā)射時(shí)彈丸運(yùn)動(dòng)的加速度減小，比標(biāo)準(zhǔn)彈重的彈丸獲得的初速就小，輕彈則相反。

彈重偏差由彈上的彈重符號(hào)標(biāo)記。標(biāo)準(zhǔn)彈重為“±”或“H”；重彈以“+”、“++”、……號(hào)表示，輕彈則以“-”、“--”、……號(hào)表示。根據(jù)外彈道學(xué)理論，彈重偏差引起的初速偏差為：

(4)

表2 彈重偏差引起的初速偏差量

3.3 首發(fā)彈丸初速修正量模型

綜合上述因素，彈丸首發(fā)初速變化主要是由膛蝕、藥溫、彈重和冷膛變化引起的，因此根據(jù)上述建立基于各因素的模型，首發(fā)彈丸綜合初速偏差模型為：

ΔV0Z=ΔV0s+ΔV0y+ΔV0q+ΔVl

(5)

式中：ΔV0z為綜合初速偏差量；ΔV0s為膛蝕引起的初速偏差；ΔV0y為藥溫差引起的初速偏差；ΔV0q為彈重差引起的初速偏差；ΔVl為冷膛引起的首發(fā)初速偏差。

使用式(5)計(jì)算綜合初速偏差，求取初速修正量，解算首發(fā)射擊諸元，其精度最高。

4 彈丸初速預(yù)測(cè)使用方法及流程

通過(guò)建立的彈丸首發(fā)初速預(yù)測(cè)模型可以精確計(jì)算出引起首發(fā)初速的各修正量值，在實(shí)際的使用中，由于測(cè)速雷達(dá)有既往數(shù)據(jù)，因此，預(yù)測(cè)首發(fā)彈丸初速可以通過(guò)使用上次射擊歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，也可以重新計(jì)算，其使用方法不同。

1) 使用上次射擊彈丸初速測(cè)量數(shù)據(jù)

依據(jù)上次射擊時(shí)最后一組彈丸的初速值確定。該次首發(fā)彈丸預(yù)測(cè)的初速值與上次的條件不同主要影響因素是：冷膛量、藥溫、彈種和彈重。通過(guò)計(jì)算冷膛量修正量，藥溫修正量，彈種和彈種修正量，在本次的預(yù)測(cè)值中進(jìn)行修正。注意，要以本次的射擊條件和上次條件比較計(jì)算修正量，即修正值是以上次射擊條件為標(biāo)準(zhǔn)。不必計(jì)算膛蝕的影響，因?yàn)樘盼g在兩次射擊間隔中基本不受影響。

2) 逐項(xiàng)計(jì)算各項(xiàng)預(yù)測(cè)修正值

不依據(jù)以往數(shù)據(jù)，以標(biāo)準(zhǔn)初速條件為依據(jù)，通過(guò)影響首發(fā)初速每項(xiàng)因素值逐項(xiàng)計(jì)算得出修正量，其中冷膛修正量、藥溫修正量、彈種修正量、彈重修正量、膛蝕修正量的方法為參照3.1冷膛修正量模型、3.2膛蝕修正量模型計(jì)算。注意，此時(shí)計(jì)算的值是與標(biāo)準(zhǔn)初速值條件下進(jìn)行比較得出的修正量結(jié)果。

5 結(jié)論

使用測(cè)速雷達(dá)后，能夠精確測(cè)量彈丸的初速，通過(guò)建立首發(fā)初速預(yù)測(cè)模型，使得彈丸首發(fā)初速的預(yù)測(cè)更加精確，可操作性強(qiáng)，其預(yù)測(cè)精度取決于測(cè)速雷達(dá)的測(cè)量精度，比傳統(tǒng)的依靠經(jīng)驗(yàn)的方法大大提高，實(shí)現(xiàn)了彈丸首發(fā)初速精確預(yù)測(cè)，提高了首發(fā)的精度和后續(xù)相關(guān)彈丸的射擊精度，通過(guò)在部隊(duì)使用中的試驗(yàn)，該預(yù)測(cè)方法能夠大大提高艦炮首發(fā)射擊精度，解決部隊(duì)彈丸首發(fā)初速難以準(zhǔn)確可靠預(yù)測(cè)的使用難題。