李元生,陳禮國(guó)

(中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院,北京 100094)

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艦炮一維彈道修正彈校射方法研究

李元生,陳禮國(guó)

(中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院,北京 100094)

摘要:為提高艦炮使用一維彈道修正彈的作戰(zhàn)效能,根據(jù)一維彈道修正彈射擊工作原理,分析傳統(tǒng)修正射擊諸元方法無(wú)法適用于一維彈道修正彈的原因。將艦炮使用一維彈道修正彈校射分為射擊諸元修正和目標(biāo)位置修正2個(gè)方面,提出利用距離偏差修正目標(biāo)位置參數(shù)進(jìn)行校射的偽距校射新方法,并提出偽距修正量計(jì)算方式。分別對(duì)使用新方法前后的射擊效能進(jìn)行了數(shù)值仿真。結(jié)果表明:該方法能極大地提高艦炮武器系統(tǒng)的射擊效能,對(duì)艦炮武器作戰(zhàn)效能的提高具有較強(qiáng)的理論價(jià)值和一定的參考意義。

關(guān)鍵詞:艦炮武器系統(tǒng);一維彈道修正彈;射擊校正;射擊效能

一維彈道修正彈是利用阻力修正原理進(jìn)行縱向距離修正以提高縱向密集度的一種彈藥[1],通常采用底排減阻和火箭助推的方式實(shí)現(xiàn)增程,與傳統(tǒng)無(wú)控彈藥相比,具有遠(yuǎn)射程、高精度、高費(fèi)效比的優(yōu)點(diǎn)。艦炮武器系統(tǒng)使用一維彈道修正彈時(shí),采用射擊諸元粗略控制和修正指令驅(qū)動(dòng)阻力環(huán)精確控制相結(jié)合的方式,實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精確打擊,通過(guò)試射無(wú)控彈獲取偏差僅修正發(fā)射諸元的傳統(tǒng)艦炮武器系統(tǒng)校正方式[2]已難以適用于一維彈道修正彈。為了提高艦炮武器系統(tǒng)使用一維彈道修正彈對(duì)目標(biāo)的作戰(zhàn)效能,本文針對(duì)一維彈道修正彈的射擊原理,提出利用距離偏差修正目標(biāo)位置參數(shù)進(jìn)行校射的艦炮武器系統(tǒng)偽距校射法。

1一維彈道修正彈射擊工作原理

一維彈道修正彈使用“超越射擊”的方式對(duì)目標(biāo)實(shí)施打擊,即在目標(biāo)的基礎(chǔ)上增加射程擴(kuò)展量進(jìn)行射擊諸元和修正指令計(jì)算[3]。工作原理見圖1,艦炮武器系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)位置A、我艦位置、高空氣象等條件確定射擊諸元和超越瞄準(zhǔn)距離AD,計(jì)算得到初始修正指令等參數(shù),試射一維彈道修正彈前,完成對(duì)一維彈道修正彈編碼、初始修正指令、初始開艙時(shí)間的裝定。彈丸發(fā)射后跟蹤雷達(dá)跟蹤一段彈道(PQ),得到彈丸速度、位置數(shù)據(jù),彈道指令解算模塊根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行氣動(dòng)參數(shù)辨識(shí)并預(yù)測(cè)出彈丸落點(diǎn)D,將D與目標(biāo)點(diǎn)A進(jìn)行比較,即得到該彈丸的射程修正量,利用射程修正量求解阻力環(huán)機(jī)構(gòu)的展開時(shí)間,即修正指令。雷達(dá)將此修正指令通過(guò)無(wú)線通信方式發(fā)送到彈上。彈載修正指令接收模塊收到修正指令信號(hào)后,定時(shí)器按此指令(時(shí)間)控制引信中阻力環(huán)機(jī)構(gòu)在規(guī)定時(shí)刻展開阻力環(huán),使彈丸落于中心為A′且散布較小的一個(gè)橢圓Ⅱ內(nèi),實(shí)現(xiàn)打遠(yuǎn)修正。

圖1　艦炮武器系統(tǒng)使用一維彈道修正彈的射擊工作原理示意圖

2艦炮武器系統(tǒng)一維彈道修正彈校射方法

一維彈道修正彈的方向未進(jìn)行修正控制,通常認(rèn)為方向誤差特性未發(fā)生變化,因此方向上仍使用傳統(tǒng)改變射擊諸元的方式修正,本文僅研究新的距離校射方法。

對(duì)于傳統(tǒng)制式彈藥,采用“測(cè)量偏差法”、“測(cè)量距離方位法”等方法進(jìn)行校射,通過(guò)改變射擊諸元即調(diào)整艦炮的瞄準(zhǔn)指向來(lái)修正射擊偏差,但對(duì)于具有彈道(射程)修正能力的一維彈道修正彈來(lái)說(shuō)有著本質(zhì)的不同,如果按傳統(tǒng)修正方法對(duì)射擊諸元進(jìn)行修正,這時(shí)彈藥雖然按修正后的諸元發(fā)射出去,實(shí)際彈道較修正前靠近了基準(zhǔn)彈道,但彈道指令解算與控制模塊仍然是按已知的目標(biāo)位置和發(fā)射諸元進(jìn)行計(jì)算,預(yù)測(cè)彈道和解算彈道落點(diǎn)與目標(biāo)的偏差,求取修正指令,進(jìn)而對(duì)彈道實(shí)施修正控制。因?yàn)樯鋼艟嚯x偏差減小了,求取的修正指令也相應(yīng)變小了,即諸元減小的距離偏差又被彈道修正控制延遲打開阻力環(huán)抵消了,所以按傳統(tǒng)方法校射將難以取得滿意的射擊效果,需對(duì)艦炮武器系統(tǒng)射擊一維彈道修正彈藥的距離校射方法進(jìn)行研究。

圖2　艦炮武器系統(tǒng)射擊一維彈道修正彈藥偽距校射法原理示意圖

其中偽距修正量ΔD為

式中:N為試射發(fā)數(shù);i為試射彈的序號(hào);AA′為距離偏差。

3彈道模型

采用阻力環(huán)機(jī)構(gòu)的一維彈道修正彈的彈道數(shù)學(xué)模型[4]為

控制方程為

式中:Fx2,Fy2,Fz2為作用在彈箭上的合力F在彈道坐標(biāo)系Ox2y2z2中的投影;Mξ,Mη,Mζ為作用在彈箭質(zhì)心處的合力矩M在彈軸坐標(biāo)系Oξηζ中的投影,FD為阻力環(huán)機(jī)構(gòu)張開后的擴(kuò)增阻力;v為彈丸的飛行速度;θ1,ψ2,γ,φa,φ2分別為彈道傾角、速度方向偏角、自轉(zhuǎn)角、高低擺動(dòng)角和方向擺動(dòng)角;ωξ,ωη,ωζ分別為高低擺動(dòng)角速度、方向擺動(dòng)角速度和自轉(zhuǎn)角速度;x,y,z為彈丸空間坐標(biāo)的3個(gè)分量,在地面彈道直角坐標(biāo)系內(nèi)描述了彈丸的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程;Jx,Jy分別為極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。式中符號(hào)所表示的具體意義參見文獻(xiàn)[5～6]。

4仿真計(jì)算分析

為驗(yàn)證該校射方法的正確性和有效性,利用以上彈道模型分別對(duì)采用該方法校射和傳統(tǒng)方法校射的射擊精度進(jìn)行對(duì)比計(jì)算。對(duì)某型艦炮武器系統(tǒng)發(fā)射一維彈道修正彈射擊岸上固定目標(biāo)進(jìn)行仿真。

射擊條件如下:

目標(biāo)區(qū)域?yàn)?50 m×100 m;

彈道參數(shù)精度為σR≤11 m,σε≤0.8 mrad,σβ≤0.8 mrad,|Δv|≤3 m/s，其中,σR,σε,σβ分別為跟蹤雷達(dá)的距離隨機(jī)誤差、高低角隨機(jī)誤差和方位角隨機(jī)誤差，|Δv|為跟蹤雷達(dá)的速度測(cè)量誤差;

定位精度為10 m;

射彈數(shù)為30發(fā)。

射擊方法:

傳統(tǒng)校射法和偽距校射法均采用2組試射,每組3發(fā),觀測(cè)彈著落點(diǎn)的射擊方案,兩者的不同主要在于校射方程。傳統(tǒng)校射法采用傳統(tǒng)射擊諸元修正后效力射,偽距校射法采用偽距修正后效力射。

射擊航路:初始距離為30 066.6 m;

初始我艦舷角為-86.18°;

我艦航速為15節(jié);

我艦航向?yàn)?0°;

目標(biāo)航速為0;

目標(biāo)航向?yàn)?80°;

航路捷徑為30 000 m。

在以上航路條件下,在捷徑處開火,采用Monte-Carlo法仿真10 000次。艦炮武器系統(tǒng)對(duì)30 km目標(biāo)射擊效能如下:

采用傳統(tǒng)校射法單發(fā)命中概率為12.3%,命中發(fā)數(shù)為3.6發(fā);

采用偽距校射法單發(fā)命中概率為20.1%,命中發(fā)數(shù)為6發(fā)。

通過(guò)仿真數(shù)據(jù)表明,使用偽距校射法后能夠明顯提高艦炮武器系統(tǒng)的命中概率。

5結(jié)束語(yǔ)

本文以一維彈道修正彈作戰(zhàn)使用為研究對(duì)象,在分析一維彈道修正彈射擊原理的基礎(chǔ)上,提出利用偽距修正目標(biāo)位置參數(shù)和修正射擊諸元相結(jié)合的校射新方法,分析偽距校射法工作原理,并給出了偽距修正量的計(jì)算公式。仿真結(jié)果表明,偽距校射法相比傳統(tǒng)校射方法能明顯提高艦炮武器系統(tǒng)的命中概率,具有一定的理論參考和工程應(yīng)用價(jià)值。

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Study on Firing Correction Method of One-dimensional Trajectory Correction Projectile Fired by Naval Gun

LI Yuan-sheng,CHEN Li-guo

(Systems Engineering Research Institute of CSSC,Beijing 100094,China)

Abstract:In order to improve the firing effect of one-dimensional trajectory correction projectile(TCP)fired by naval gun,the reasons that the firing correction methods can not be applied to one-dimensionaTCP was analyzed according to the work principle of one-dimensional TCP.The firing correction methods of one-dimensional TCP was divided into shooting elements correction and target position correction.The new method that the distance deviation was used to correct target location parameters was proposed,and the pseudorange correction amount calculation way was put forward.The firing effect before and after applying the new method was numerically simulated.The simulation result shows that this model can greatly improve the firing effect of naval gun weapon system.The proposed method has a strong theoretical value and reference significance for improving the firing effect of naval gun weapon system.

Key words:naval gun weapon system;one dimension trajectory correction projectile;firing correction;firing effect

收稿日期:2016-03-12

作者簡(jiǎn)介:李元生(1976- ),男,高級(jí)工程師,碩士,研究方向?yàn)榕炁谖淦飨到y(tǒng)。E-mail:lys_1111@sina.com。

中圖分類號(hào):TJ412

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-499X(2016)02-0025-04