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(dòng)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(dòng)力帶動(dòng)子彈旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)掃描;其二是無(wú)傘掃描[2],通常采用單翼或非對(duì)稱的雙翼與子彈相連,利用人為的子彈質(zhì)量與空氣動(dòng)力的強(qiáng)非對(duì)稱實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)掃描。

文中在同等氣候條件下,針對(duì)末敏子彈的具體掃描參數(shù)及風(fēng)對(duì)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(shí)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(jì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(jì)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(shí)間的變化。

圖1 鉛直落速隨時(shí)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(duì)末敏子彈而言,落速越快,在空中停留的時(shí)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(jiàn)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(duì)比發(fā)現(xiàn),單翼末敏子彈在穩(wěn)態(tài)掃描時(shí)的掃描性能要明顯優(yōu)于有傘末敏子彈。

2 風(fēng)對(duì)彈道的影響

實(shí)際作戰(zhàn)環(huán)境中總會(huì)有橫風(fēng),這里考慮橫風(fēng)的影響,對(duì)單翼末敏子彈和有傘末敏子彈所受到的空氣動(dòng)力及動(dòng)力矩做出適當(dāng)?shù)男拚？諝鈩?dòng)力、空氣動(dòng)力矩的大小和方向均與相對(duì)速度的大小和方向有關(guān),因此修正時(shí)只需將空氣動(dòng)力和空氣動(dòng)力矩的相關(guān)計(jì)算公式中的絕對(duì)速度改為相對(duì)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(shí),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(duì)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(dòng)力,在同等時(shí)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(shí)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(guò)仿真結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)單翼末敏子彈依靠其強(qiáng)非對(duì)稱性氣動(dòng)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(duì)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(bào),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(dòng)研究[J].兵工學(xué)報(bào),2004,25(4):415-420.

[3] 孫樂(lè),韓子鵬,李奉昌,等.末敏彈減速運(yùn)動(dòng)和穩(wěn)態(tài)掃描段運(yùn)動(dòng)特性的研究[J].航空學(xué)報(bào),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(bào),2005,25(4):900-902.

[5] 袁子懷,錢(qián)杏芳.有控飛行力學(xué)與計(jì)算機(jī)仿真[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2001.