顧建平,韓子鵬

(1南京工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院,南京 211167;2南京理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院,南京 210094)

0 引言

能否形成穩(wěn)態(tài)掃描是研制末敏子彈的關(guān)鍵。目前,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)掃描的方式主要有兩種:其一是有傘掃描[1],該方式將降落傘連于子彈上,利用傘受到的空氣動力帶動子彈旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)掃描;其二是無傘掃描[2],通常采用單翼或非對稱的雙翼與子彈相連,利用人為的子彈質(zhì)量與空氣動力的強(qiáng)非對稱實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)掃描。

文中在同等氣候條件下,針對末敏子彈的具體掃描參數(shù)及風(fēng)對掃描的影響,系統(tǒng)的比較單翼末敏子彈與有傘末敏子彈在穩(wěn)態(tài)掃描時的掃描性能,以期能為末敏子彈的研制提供相關(guān)的理論參考。

1 掃描參數(shù)比較

末敏子彈的掃描參數(shù)主要有鉛直落速V Cz0、掃描頻率 ωscan、掃描角θ等[3],利用這些參數(shù)可以計算出掃描軌跡中相鄰兩螺圈線間的距離[4]:

算例中單翼末敏子彈質(zhì)量為5kg,翼端重物質(zhì)量為0.2kg,翼長0.25m,翼寬0.12m,單側(cè)翼的安裝角為28°;有傘末敏子彈質(zhì)量為8kg,降落傘質(zhì)量為0.25kg,傘的最大圓截面半徑為0.45m,特征長度為0.8m。兩種末敏子彈的拋撒高度都為700m。以下仿真結(jié)果都是基于四元數(shù)法[5]表示歐拉角推導(dǎo)得出的系統(tǒng)方程組計算所得。圖1～圖3依次比較了兩種末敏子彈的鉛直落速、掃描頻率和掃描間距隨時間的變化。

圖1 鉛直落速隨時間的變化

從圖1～圖3可看出,單翼和有傘末敏子彈的落速分別穩(wěn)定在27.5m/s和13.5m/s,對末敏子彈而言,落速越快,在空中停留的時間越短,越容易躲避打擊;單翼和有傘末敏子彈的掃描頻率依次穩(wěn)定為8r/s和4r/s,在同等落速情況下轉(zhuǎn)速越快,掃描越密集,但考慮到單翼末敏子彈的落速較快可能造成掃描間距變大出現(xiàn)漏掃的情況,圖3比較了兩者的掃描間距,單翼末敏子彈掃描間距為1.6m,有傘末敏子彈為1.93m,可見即使單翼末敏子彈落速較快,但因其掃描頻率較高,依然能保持更為密集的掃描。從上述掃描參數(shù)對比發(fā)現(xiàn),單翼末敏子彈在穩(wěn)態(tài)掃描時的掃描性能要明顯優(yōu)于有傘末敏子彈。

2 風(fēng)對彈道的影響

實(shí)際作戰(zhàn)環(huán)境中總會有橫風(fēng),這里考慮橫風(fēng)的影響,對單翼末敏子彈和有傘末敏子彈所受到的空氣動力及動力矩做出適當(dāng)?shù)男拚?。空氣動力、空氣動力矩的大小和方向均與相對速度的大小和方向有關(guān),因此修正時只需將空氣動力和空氣動力矩的相關(guān)計算公式中的絕對速度改為相對速度即可。

現(xiàn)將兩者在700m高空處拋撒,當(dāng)環(huán)境中有 x向橫風(fēng)V f x=4m/s或y向橫風(fēng)V f y=4m/s時,圖4和圖5分別記錄兩種末敏子彈在距地面高度100m處直至最終墜地的掃描軌跡。

從圖4、圖5可以看出,在風(fēng)速為 4m/s的x向橫風(fēng)作用下,單翼末敏子彈墜地點(diǎn)距離初始地面正投影點(diǎn)(坐標(biāo)原點(diǎn))為105m,而有傘末敏子彈則偏移了213m;在風(fēng)速為4m/s的y方向橫風(fēng)作用下,單翼末敏子彈墜地點(diǎn)偏移初始投影點(diǎn)112m,而有傘末敏子彈則偏移了210m。由此可知,橫風(fēng)對有傘末敏子彈的影響較大,這主要是由于降落傘受到較大的橫向氣動力,在同等時間段下就產(chǎn)生更大的沖量使之偏移更多。另外有傘末敏子彈的落速較低,在空中停留了更多的時間,也是橫向偏移較多的原因之一。

3 結(jié)論

鉛直落速、掃描頻率、掃描間距是衡量末敏子彈穩(wěn)態(tài)掃描質(zhì)量的重要方面,通過仿真結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)單翼末敏子彈依靠其強(qiáng)非對稱性氣動力結(jié)構(gòu)形成了更為優(yōu)異的穩(wěn)態(tài)掃描。鑒于實(shí)際作戰(zhàn)環(huán)境中橫風(fēng)對彈道的影響不可忽視,也比較了兩者在同樣的橫風(fēng)作用下的偏移情況,結(jié)果顯示單翼末敏子彈受橫風(fēng)的干擾較小,其掃描情況要優(yōu)于有傘末敏子彈。因此,相比傳統(tǒng)的有傘末敏子彈,單翼末敏子彈具備更強(qiáng)的作戰(zhàn)效能。

[1] 劉世平,韓子鵬.末敏彈旋轉(zhuǎn)傘——彈阻力模型研究[J].兵工學(xué)報,1997,18(3):221-225.

[2] 舒敬榮,張邦楚,韓子鵬,等.單翼末敏彈掃描運(yùn)動研究[J].兵工學(xué)報,2004,25(4):415-420.

[3] 孫樂,韓子鵬,李奉昌,等.末敏彈減速運(yùn)動和穩(wěn)態(tài)掃描段運(yùn)動特性的研究[J].航空學(xué)報,1998,19(2):147-151.

[4] 趙新生,邢立新,孫超.末敏彈穩(wěn)態(tài)掃描段掃描間隔分析[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報,2005,25(4):900-902.

[5] 袁子懷,錢杏芳.有控飛行力學(xué)與計算機(jī)仿真[M].北京:國防工業(yè)出版社,2001.