柴嘉奇,諸德放,孫鵬飛

（1.空軍勤務(wù)學(xué)院航空彈藥系，江蘇徐州，221000；2.空軍93279部隊，遼寧丹東，118000）

高速導(dǎo)彈激波對激光引信探測距離影響研究

柴嘉奇1,諸德放1,孫鵬飛2

（1.空軍勤務(wù)學(xué)院航空彈藥系，江蘇徐州，221000；2.空軍93279部隊，遼寧丹東，118000）

高速導(dǎo)彈在大氣中高速飛行時在彈體周圍會產(chǎn)生激波，當(dāng)激光引信探測目標距離時，由于激波層內(nèi)外空氣密度的變化會導(dǎo)致光的折射，引起測距誤差。結(jié)合光學(xué)理論，推導(dǎo)由于激波折射效應(yīng)引起的誤差公式，并進行仿真計算與分析。

高速導(dǎo)彈；激波；激光引信探測

0 引言

高速導(dǎo)彈在大氣中高速飛行時，會產(chǎn)生激波。由于激波的存在使得激波層內(nèi)外的空氣密度發(fā)生變化。當(dāng)激光引信探測距離時，由于空氣密度的變化，光路會發(fā)生折射，使得光的行程發(fā)生變化，引起測距誤差。所以在對于激光引信探測距離的研究過程中，必須根據(jù)理論計算，計算激波層折射效應(yīng)引起的偏移角和激波反射系數(shù)，分析其對激光引信的測距精度和目標檢測的影響，為理論研究提供相關(guān)依據(jù)。

1 空空導(dǎo)彈激波對于激光近距探測影響分析

圖1-1 高速導(dǎo)彈產(chǎn)生激波示意圖

當(dāng)高速導(dǎo)彈在大氣層內(nèi)作超音速飛行時，其頭部和尾部周圍會形成一道穩(wěn)定的激波。根據(jù)空氣動力學(xué)知識，高速導(dǎo)彈形成的激波是一個圓錐形包絡(luò)面，是彈丸周圍空氣受擾動壓縮和未壓縮的分界面，如圖1-1所示。

當(dāng)空空導(dǎo)彈零攻角飛行時，附體圓錐波角β可由經(jīng)驗公式確定：

再根據(jù)平面斜激波常用關(guān)系式計算附體圓錐激波前后密度比的公式為：

在空氣當(dāng)中氣體的氣熱比r=1.4，再根據(jù)相關(guān)定律，可將激波折射效應(yīng)表示為：

激波由折射效應(yīng)引起的偏移角μ=θ2-θ1。零攻角運動時激波折射效應(yīng)引起的測距誤差如圖1-2所示，誤差的公式為：

圖1-2 零攻角條件下探測誤差示意圖

2 零攻角條件下測量誤差的分析

空空導(dǎo)彈零攻角攻擊目標時，根據(jù)經(jīng)驗，激光波長大于800 nm時，趨于常數(shù)，仿真結(jié)果均以≈0．219 8時為基礎(chǔ)計算得到。同時將r=1.4；=1.293代入式（2）（3）（4），將頭部半錐角30°代入，簡化處理可得：

結(jié)合式（2）（4）及激波折射效應(yīng)引起的偏移角公式μ=θ2-θ1，對于激波引起的誤差進行計算。將激光的入射角θ2設(shè)定為5/180*pi, 10/180*pi, 20/180*pi,三種情況下，繪制偏移角μ與飛行馬赫數(shù)Ma的相關(guān)曲線，如圖2-1所示。

根據(jù)圖2-1分析可知，當(dāng)空空導(dǎo)彈飛行馬赫數(shù)在1~8時，偏移角的大小在0°~18°之間。在實際的計算中可以發(fā)現(xiàn)由于激波引起的誤差與偏移角是成正比關(guān)系。所以可將偏移角設(shè)定為最大值，計算在不同彈道角的情況下誤差的大小。根據(jù)實際情況L的范圍在10~30m之間，分別取10，20，30 m三個點；偏移角μ的取最大值為18°；彈道角ω的范圍在10°~80°之間，繪制測量誤差與彈道角ω關(guān)系曲線如圖2-2所示。

圖2-1 偏移角與馬赫數(shù)的關(guān)系曲線

圖2-2 誤差與彈道角關(guān)系圖

根據(jù)圖2-2分析可知，由于激波引起的誤差在偏移角為最大值18°左右時，當(dāng)L=10m時測距誤差最大值為0.45m；當(dāng)L=20m時測距誤差最大值為0.9m；當(dāng)L=30m時測距誤差最大值為1.3m?？梢姰?dāng)探測的距離越大時，所產(chǎn)生的誤差也越大，但是本系統(tǒng)使用激光為探測方式探測空空導(dǎo)彈遇靶時，一般均為近距探測，差生的誤差較小，對于測量精度的影響也較小。

3 正攻角條件下的誤差分析

當(dāng)空空導(dǎo)彈有正攻角飛行時，按照與零攻角的計算方法，與參數(shù)帶入。攻角α取5°，10°，15°三種條件下繪制測量誤差 與彈道角ω關(guān)系曲線如圖3-1所示。

圖3-1 正攻角時測距誤差與彈道角關(guān)系

根據(jù)圖3-1可知，當(dāng)在空空導(dǎo)彈正攻角飛行時，當(dāng)α=5°時，L=10m，偏移角μ的取最大值為18°產(chǎn)生的最大誤差為0.36m左右。當(dāng)α=10°時，產(chǎn)生的最大誤差為0.28m左右。當(dāng)α=15°時，產(chǎn)生的最大誤差為0.23m左右。產(chǎn)生的誤差較小，對于測量結(jié)果的影響不大。

4 結(jié)束語

本文對不同攻角的條件下，空空導(dǎo)彈在高速飛行時產(chǎn)生激波對于測距精度產(chǎn)生的影響進行定性與定性的分析。在利用激光引信探測距離時，由于激波產(chǎn)生的測距誤差較小，對于測距精度的影響不大。

[1] 李昆，栗蘋，陳慧敏等，激波光學(xué)折射和反射效應(yīng)對激光近程目標探測影響研究[J].兵工學(xué)報，2008（01）：28-32.

[2] 張祥金，沈娜，張合等，激波對前置激光引信光程影響分析[J].紅外與激光工程,2009(04):807-810.

[3] 張智詮，王磊，徐達等，彈丸激波在激光光幕靶測量中的影響分析[J].光學(xué)技術(shù)，2008（34）:202-204.

StudyOf high-speed Missile Shock Wave On Laser Short-range Detection

Chai Jiaqi1,Zhu Defang1,Sun Pengfei2
（1.Department of Aviation Ammunition，Air Force Logistics College，Xuzhou，221000；2.Air force 93279,Dandong,118000）

The shock wave produced by the high-speed air-to-air missile. When detect the distance by laser, because of the different air density from side to outside of shock wave,caused reverberate.According to optical theory,The formulas of ranging error andclutter powercaused by the effects were deduced,The simulation and the analysis were worked out.

high-speed missile;shock wave;laser short-range detection