朱 胤，王旭剛

(1.中國船舶集團有限公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443000;2.南京理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院， 南京 210094)

1 引言

20世紀末誕生的一些高超聲速武器，如電磁炮、電熱化學(xué)炮等，利用特殊的發(fā)射技術(shù)，能夠?qū)⑴趶棸l(fā)射到5馬赫以上，實現(xiàn)高超聲速和遠程飛行，具有飛行高度高、飛行速度快、飛行空域廣的特點，是當前軍工領(lǐng)域的研究熱點。但高超聲速炮彈在飛行時，氣動特性非線性變化、耦合性強、所受的干擾不確定，給其穩(wěn)定性和彈道特性分析帶來了困難，故研究其運動模型和彈道特性具有重要意義。

常規(guī)彈箭的穩(wěn)定方式主要包括兩類：尾翼穩(wěn)定和旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定。尾翼穩(wěn)定即通過在彈體上加裝尾翼，實現(xiàn)風標式穩(wěn)定，對于高超聲速彈箭而言，這種穩(wěn)定方式多用于高超聲速導(dǎo)彈、探空火箭以及一些非軸對稱彈型等復(fù)雜的高超聲速飛行器上；旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定即使彈體高速旋轉(zhuǎn)以形成陀螺穩(wěn)定，多用于軸對稱彈型，而對于有控彈箭，過高的轉(zhuǎn)速可能導(dǎo)致制導(dǎo)控制系統(tǒng)(如鴨舵)失效，因此，這種穩(wěn)定方式在一些高超聲速制導(dǎo)炮彈上并不適用。

高超聲速炮彈所受的空氣動力大，由質(zhì)量分布不均或外形關(guān)于縱軸不對稱帶來的干擾可能會被無限放大。為使其飛行穩(wěn)定，消除外形不對稱的干擾，可使彈體低速滾轉(zhuǎn)，如此既能保持飛行穩(wěn)定，又不會因轉(zhuǎn)速過大而導(dǎo)致控制系統(tǒng)失效。目前，部分國內(nèi)外學(xué)者已做出了一些可借鑒的成果，文獻[9]中提出了一種尾翼式高超聲速彈型并討論了其氣動特性，通過尾翼前緣的斜切面迫使來流在尾翼處產(chǎn)生推力，從而形成尾翼導(dǎo)轉(zhuǎn)力矩，促使彈體滾轉(zhuǎn)，達到飛行穩(wěn)定；文獻[10]中利用對自由飛行實驗的測量獲得了低速滾轉(zhuǎn)下高超聲速炮彈的氣動參數(shù)，通過理論分析驗證了低速旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定在高超聲速炮彈中實施的可行性；文獻[11]中通過在鈍錐模型表面布置人工絆線強迫邊界層轉(zhuǎn)捩，采用自由度不受約束的風洞模型試驗技術(shù)研究邊界層轉(zhuǎn)捩對高超聲速旋轉(zhuǎn)鈍錐自由飛行運動特性和氣動特性的影響規(guī)律，為低速滾轉(zhuǎn)高超聲速炮彈的穩(wěn)定性分析提供了參考。文獻[12]中以電磁軌道炮為例，對不同初速和射角下電磁炮彈的射程進行了仿真，并分析了不同初速和射角對其彈道特性的影響；文獻[13-14]中在高超聲速炮彈的六自由度運動模型中加入了科氏力的影響并進行了仿真，獲得了考慮科氏力后的彈道仿真曲線，為本文的研究提供了參考。

然而，高超聲速武器誕生較晚，動力學(xué)問題復(fù)雜，在現(xiàn)有的文獻中，針對具體彈型的全彈道特性的研究極少，導(dǎo)致高超聲速武器工程化缺乏理論參考。因此，本文針對如圖1所示的8片尾翼式低旋高超聲速炮彈，彈型參數(shù)見表1所示，建立適配的6-D運動方程，根據(jù)小擾動假設(shè)將6-D運動方程線化并建立自由擾動運動方程，研究其低速滾轉(zhuǎn)穩(wěn)定性；然后基于6-D運動方程仿真計算并分析不同射角、轉(zhuǎn)速以及考慮地球自轉(zhuǎn)等因素后的彈道特性變化規(guī)律，為高超聲速炮彈總體設(shè)計提供參考。

圖1 某高超聲速炮彈彈型示意圖Fig.1 The figuration of a hypersonic projectile

表1 彈型參數(shù)Table 1 Figuration parameters

2 動力學(xué)模型

假設(shè)地球為標準兩軸旋轉(zhuǎn)橢球體，其長半軸=6 378.14 km，短半軸=6 356.76 km，扁率=129826，自轉(zhuǎn)角速度=7.29×10rad·s；

為研究彈體的滾轉(zhuǎn)特性，除常規(guī)坐標系外，還須引入準彈體坐標系和準速度坐標系，攻角、側(cè)滑角也須轉(zhuǎn)換成準攻角和準側(cè)滑角。

2.1 氣動力系數(shù)

低速自旋的高超聲速炮彈所受空氣動力沿準速度坐標系可分解為阻力、升力和側(cè)力，氣動阻力系數(shù)、升力系數(shù)和側(cè)力系數(shù)、、分別表示為

(1)

式中：=4為尾翼對數(shù)；(=,,)分別為炮彈頭部、彈身、尾翼的阻力系數(shù)；分別為炮彈頭部、彈身、尾翼的升力系數(shù)；分別為炮彈頭部、彈身、尾翼的側(cè)力系數(shù)。其中，高超聲速炮彈頭部阻力、升力系數(shù)分別表示為

(2)

式中：為炮彈頭部內(nèi)接圓錐半頂角。

彈身中段阻力、升力系數(shù)為

(3)

式中：為邊界層外緣雷諾數(shù)；為阻力修正系數(shù)；為彈身中段表面積；為彈身中段長細比。

尾翼阻力、升力系數(shù)為

(4)

(5)

2.2 科氏慣性力Fc、牽連慣性力Fe

=-m為科氏慣性力，=-m為牽連慣性力?？剖霞铀俣?span id="syggg00" class="emphasis_italic">和牽連加速度的表達式分別為

(6)

式中：為炮彈速度矢量。

為研究地球自轉(zhuǎn)的影響，本文將牽連慣性力從重力中分離出來同科式慣性力單獨討論，將地球引力視為重力。含地球轉(zhuǎn)速的示意圖如圖2所示，假設(shè)在北半球地心緯度為處發(fā)射一枚高超聲速炮彈，射擊方向為從正北方開始順時針旋轉(zhuǎn)角的方向，記為發(fā)射方位角。取射擊點處為坐標原點，建立地面坐標系，軸水平指向射擊方向，軸垂直于地球表面指向上，軸與其他兩軸垂直且構(gòu)成右手坐標系。

圖2 地球轉(zhuǎn)速示意圖Fig.2 Earth’s rotating speed

地球自轉(zhuǎn)角速度在其極軸方向，將其平移至射擊點，則得地球自轉(zhuǎn)角速度在地面坐標系上的分量為

(7)

2.3 6-D運動方程

綜上，可得無推力時高超聲速炮彈的6-運動模型為

(8)

3 自由擾動方程

實際飛行過程中的炮彈不可能完全按照基準彈道(未擾動彈道)飛行，因為總會有一系列隨機因素作用于炮彈，對其運動產(chǎn)生擾動。為研究尾翼式自旋高超聲速炮彈的飛行穩(wěn)定性，可在小擾動假設(shè)下將其6-D運動方程線化，建立自由擾動運動方程，再分析其穩(wěn)定性。實際運動，即擾動運動中，所有運動參數(shù)可寫成

(9)

式中：下標“0”表示未擾動運動中運動參數(shù)的值；Δ()、Δ()、…、Δ?()為對應(yīng)運動參數(shù)的偏量。低旋高超聲速炮彈飛行受到擾動時，運動參數(shù)即產(chǎn)生偏量，各運動參數(shù)的偏量都對彈道特性產(chǎn)生影響。

由于炮彈質(zhì)量關(guān)于縱軸對稱，因此彈體的慣性主軸與其幾何中心軸重合，即=；且擾動運動中，高超聲速炮彈的滾轉(zhuǎn)角速度和未擾動運動中的一樣。基于上述假設(shè)，利用運動參數(shù)的偏量將6-D運動方程線化，略去速度偏量方程和其他方程中速度偏量的影響以及重力法向分量變化sinΔ對彈道轉(zhuǎn)動速度偏量dΔd的影響，再引入動力系數(shù)，可得簡化后的自由擾動運動方程為

(10)

其中，各動力系數(shù)的含義如表2所示。

表2 動力系數(shù)的含義Table 2 Definition of the dynamic coefficients

從表2可以看出，自由擾動運動方程(10)中包含了陀螺穩(wěn)定性、馬格努斯力矩、轉(zhuǎn)速及氣動力對尾翼式自旋高超聲速炮彈動態(tài)穩(wěn)定性的影響。由式(10)可知，尾翼式自旋高超聲速炮彈的自由擾動運動方程中有6個未知變量，分別為擾動偏量Δ?、Δ、Δ、Δ、Δ、Δ，要研究各個偏量的變化規(guī)律及其對炮彈穩(wěn)定性的影響，需對式(10)的特征方程進行求解，若其所有特征根的實部均小于零，則式(10)穩(wěn)定；否則，式(10)不穩(wěn)定。然而方程組(10)的變量個數(shù)較多，求解起來較為繁瑣，此時可借助復(fù)角及復(fù)合指令系數(shù)的方法將其簡化，即令

(11)

(12)

用虛數(shù)單位分別乘以式(10)中的第1、3、5諸式，然后與2、4、6諸式相加，同時將式(12)代入其中，可得

(13)

式(13)即為簡化后的描述尾翼式自旋高超聲速炮彈自由擾動運動的方程組，其包含了所有擾動偏量對炮彈運動的影響，在采用了復(fù)角和復(fù)合指令系數(shù)的方法后，其未知變量由初始時的6個縮減為3個，降低了求解難度。若求解其特征方程后所得的實根或復(fù)數(shù)根中的實部小于零，則說明尾翼式自旋高超聲速炮彈各項運動參數(shù)的偏量將隨時間的增長而減小，即其在飛行過程中能夠保持飛行穩(wěn)定；反之，則不穩(wěn)定。

另外，可分別采用調(diào)整射角和導(dǎo)轉(zhuǎn)力矩在6-D運動方程中的初值，以及在不同地球模型下進行彈道仿真的方法，分別分析射角、平衡轉(zhuǎn)速、地球轉(zhuǎn)速及扁率對尾翼式自旋高超聲速炮彈彈道特性的影響。

4 彈道仿真及分析

4.1 穩(wěn)定性分析

對方程組(13)求解，設(shè)有如下指數(shù)函數(shù)形式的特解

Δ=，Δ=，Δ=Re

(14)

式中：、、、都是常數(shù)，根據(jù)式(14)滿足式(13)的條件來確定。

將式(14)及其相應(yīng)的變量對時間的導(dǎo)數(shù)代入式(13)中，消去共同因子，得

(15)

式(15)是關(guān)于、、的線性齊次代數(shù)方程，只有當是其特征方程的根時，式(13)的解才有如式(14)的形式。令式(15)的系數(shù)行列式等于零，展開后得特征方程

++=0

(16)

方程(16)有一個明顯的根，即=0，除此之外，另外兩特征根根、為

(17)

(18)

式(18)即為保證尾翼式自旋高超聲速炮彈彈體動態(tài)穩(wěn)定性的條件式，由式(18)可知：

1) 氣動阻尼系數(shù)||(<0)越大，實際運動中對彈體的快、慢圓運動越有利，對動態(tài)穩(wěn)定性越有利；

2) 靜穩(wěn)定系數(shù)||(<0)和法向力系數(shù)越大，攻角平面內(nèi)的升力使速度矢量向彈軸靠攏的能力越大，起到阻尼攻角增大的作用，因此對穩(wěn)定性有利；

由于動力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化而變化，、并非定值，而是隨時間變化的，需對具體彈箭進行彈道仿真后，代入相應(yīng)的彈道參數(shù)進行求解。

針對文獻[15]中的高超聲速彈形，基于前文所建立的6-D運動方程對其進行彈道仿真。假設(shè)發(fā)射地點在北半球的北緯=32°處，發(fā)射時的發(fā)射角為=40°，初速=2 500 m/s，發(fā)射方向為正東方，即發(fā)射方位角=90°，在無風的標準大氣模型下仿真計算后得該自旋高超聲速炮彈的縱向外彈道曲線如圖3。從仿真結(jié)果可知，在該初始條件下，該彈的射程為413.1 km，彈道高度88.8 km，落點速度1 375 m/s。

方案1(純天然氣發(fā)電方案)：計劃于“十四五”期間投產(chǎn)1臺9.5 MW的J920機組和2臺42 MW的6B型機組，至2025年總供電容量為149 MW；于“十五五”期間投產(chǎn)1臺42 MW的6B型機組，至2030年總供電容量為191 MW。

圖3 縱向外彈道曲線Fig.3 Longitudinal exterior ballistic curve

圖4 共軛復(fù)根的實部隨時間的變化曲線Fig.4 The real part of the conjugate complex roots with time

從仿真結(jié)果得知，在整個飛行過程中，兩根、實部的最大值為179×10，即兩共軛復(fù)根的實部總是小于零，說明對應(yīng)運動參數(shù)的擾動變量Δ、Δ、Δ均隨時間的增長而減小，即自由擾動運動方程中的變量Δ?、Δ、Δ、Δ、Δ、Δ都隨時間的增長而減小，該彈的自由擾動運動是穩(wěn)定的。該結(jié)果表明，高超聲速炮彈受到外界擾動作用并離開原有的飛行狀態(tài)時，通過低速滾轉(zhuǎn)能夠使其在干擾消失后且不借助于控制力的情況下恢復(fù)到原有的狀態(tài)，亦即低速自旋高超聲速炮彈具有良好的彈體穩(wěn)定性，能夠保持飛行穩(wěn)定。

4.2 射角對射程、彈道高的影響

射角主要影響炮彈的射程和彈道高。要研究射角對自旋高超聲速炮彈彈道特性的影響，可調(diào)整6-D運動方程中射角的初值，通過仿真計算，分析計算結(jié)果即可獲得低速自旋高超聲速炮彈的射角對彈道特性的影響。

圖5、圖6分別為橢圓大地假設(shè)下該高超聲速炮彈在不同射角下所對應(yīng)的射程和彈道高的曲線。

圖5 射程隨射角變化的曲線Fig.5 Range curve with angle of fire

圖6 彈道高隨射角的變化Fig.6 Trajectory height with angle of fire

從仿真結(jié)果可以看出，當射角在0～60 °的范圍內(nèi)變化時：本文研究的高超聲速炮彈的射程先增大后減小，在射角=50°時，射程達到最大值457.2 km，因此，該高超聲速炮彈的最大射程角為50°；彈道高度隨射角的增大而非線性地增加，在最大射程角=50°時，彈道高=137.9 km。

由此可見，低速自旋的高超聲速炮彈的射程隨射角的增大而先增大后減小，彈道高隨射角的增大而增大；變化趨勢均呈非線性。

4.3 平衡轉(zhuǎn)速對散布的影響

尾翼式自旋高超聲速炮彈通過尾翼導(dǎo)轉(zhuǎn)力矩來提供轉(zhuǎn)速，低速旋轉(zhuǎn)可使其不對稱因素的作用不斷改變方向，且前后影響相互抵消，從而減小射彈散布，因此，平衡轉(zhuǎn)速的大小可能影響自旋高超聲速炮彈的散布大小。平衡轉(zhuǎn)速與尾翼導(dǎo)轉(zhuǎn)力矩正相關(guān)，炮彈在飛行過程中平衡時有尾翼導(dǎo)轉(zhuǎn)力矩與極阻尼力矩的值相等，即

-=0

(19)

因此，在6-D運動方程中，平衡轉(zhuǎn)速的變化體現(xiàn)在尾翼導(dǎo)轉(zhuǎn)力矩的變化中，通過調(diào)整不同平衡轉(zhuǎn)速時所對應(yīng)的尾翼導(dǎo)轉(zhuǎn)力矩系數(shù)的值，同時，采用蒙特卡洛法，選取合理的彈道偏差因素及其分布，便可仿真計算出相應(yīng)平衡轉(zhuǎn)速下的自旋高超聲速炮彈的散布大小變化規(guī)律。

在無風的標準大氣模型下采用蒙特卡洛方法計算該高超聲速炮彈的射彈散布時所采用的偏差因素及其均方差如表3所示，本文擬定各偏差因素的偏差量均服從均值為0的正態(tài)分布。

表3 6-D蒙特卡洛散布仿真偏差因素及其均方差Table 3 Deviation distributions of 6-DOF Monte Carlo dispersion simulation

圖7 射程、彈道高、側(cè)偏標準差隨平衡轉(zhuǎn)速變化的曲線Fig.7 The Std.curve of range/ballistic height/lateral displacement with balanced rotating speed

從圖7可以看出，當平衡轉(zhuǎn)速在6 r·s至20 r·s內(nèi)變化時，射程、彈道高及側(cè)偏的標準差均隨其變化而波動，其中，射程的標準差最大，隨平衡轉(zhuǎn)速的變化也最明顯：① 當平衡轉(zhuǎn)速<7.6 r·s以及>14.5 r·s時，射程的標準差的波動相對平緩；② 當平衡轉(zhuǎn)速76<<14.5 r·s時，標準差波動的幅值較大，且在=8.7 r·s時達到極小值15.0 km，在=10.3 r·s時達到極大值29.3 km；③ 當>14.5 r·s時，在=18.8 r·s時達到極小值7 km。彈道高的標準差隨的變化與射程的類似，且當=9.4 r·s時最大，為7.3 km；當=18.9 r·s時最小，為4.9 km。側(cè)偏標準差在=10.3 r·s達到最大，為931 m，在=18.8 r·s時最小，為231 m。

圖8 散布隨平衡轉(zhuǎn)速的變化曲線Fig.8 Dispersion curve with balanced rotating speed

從圖8可以看出，落點處的縱向散布及側(cè)向散布隨平衡轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律同射程及側(cè)偏的標準差的變化規(guī)律相同。從圖9可以看出，同樣地，縱向散布分別在=87 r·s和=18.8 r·s時達到極小值10.1 km和4.7 km，在=10.3 r·s時達到極大值19.8 km；側(cè)向散布在=18.8 r·s時最小，為156 m。

從仿真結(jié)果可知，尾翼式低旋高超聲速炮彈的射彈散布主要在縱向散布上，即使最小時也有7 km，要減小散布的影響，后續(xù)的研究中須在炮彈上加上制導(dǎo)控制系統(tǒng)(如鴨舵)對高超聲速炮彈加以控制，即尾翼式高超聲速制導(dǎo)炮彈。而控制系統(tǒng)的控制信號周期與炮彈繞縱軸的滾轉(zhuǎn)周期必須嚴格同步，轉(zhuǎn)速太大時操縱機構(gòu)來不及換向，可能導(dǎo)致控制過程發(fā)生混亂，性能降低，同時轉(zhuǎn)速太大還會導(dǎo)致馬格努斯力矩太大；且仿真結(jié)果還表明，轉(zhuǎn)速較大時落點速度減小，使得擊中目標時的動能減小，毀傷能力降低。綜上所述，雖然本文研究的自旋高超聲速炮彈的散布在平衡轉(zhuǎn)速=8.7 r·s和=18.8 r·s分別取得極小值，且=18.8 r·s時最小，但應(yīng)當把平衡轉(zhuǎn)速設(shè)計在8.7 r·s左右，以適配控制系統(tǒng)的控制能力，同時增加落點動能。

4.4 地球轉(zhuǎn)速及扁率對彈道特性的影響

地球轉(zhuǎn)速對自旋高超聲速炮彈彈道特性的影響主要體現(xiàn)在科氏慣性力和牽連慣性力上，如果忽略地球自轉(zhuǎn)，將地球視為平面大地，可能產(chǎn)生較大的仿真誤差?？紤]地球扁率時，將地球視為標準兩軸旋轉(zhuǎn)橢球體，即橢圓大地假設(shè)；否則，將地球視為圓球，即球形大地假設(shè)。

扁率對彈道特性的影響主要體現(xiàn)在重力加速度的不同上，重力加速度的大小隨高度變化，在地球子午面內(nèi)將其沿炮彈矢徑和垂直于矢徑的方向分解為

=+

(20)

其中

式中：、為單位矢量；為牛頓萬有引力系數(shù)，為地球質(zhì)量；=32為考慮地球扁率后，對作為均質(zhì)圓球時的地球引力加速度修正后的修正系數(shù)，=108×10。由式(1)可以看出，若不考慮地球扁率，把地球視為均質(zhì)圓球，此時=0，則炮彈所受的重力加速度正好表示為

′=-

(21)

因此，為研究地球轉(zhuǎn)速和地球扁率對自旋高超聲速炮彈彈道特性的影響，可通過刪減6-運動方程中的科氏慣性力項、、和牽連慣性力項、、，以及采用不同的重力加速度式(20)、式(21)的方法，仿真計算出模型改變前后的彈道特性變化規(guī)律。

運用上述方法，采用不同地球模型時，該自旋高超聲速炮彈射程的仿真結(jié)果在初速=2 500 m/s時隨射角變化的曲線如圖9。

圖9 不同地球模型下的射程仿真結(jié)果曲線Fig.9 Range simulation results under different earth models

從圖9中可以看出，當<42°時，球形大地假設(shè)下自旋高超聲速炮彈的射程仿真結(jié)果略大于橢圓大地假設(shè)；當42°<<53°時，球形大地假設(shè)下的射程與橢圓大地假設(shè)的差值逐漸增大，明顯高于橢圓大地假設(shè)，且最大射程角提前至49°，最大射程達4712 km，比橢圓大地假設(shè)下50°射角時的最大射程多出140 km；射角<53°時，平面大地假設(shè)下的炮彈射程最小，當>53°時，球形大地假設(shè)下的炮彈射程依然大于橢圓大地假設(shè)，而當>57°時，平面大地假設(shè)下的射程超過球形大地假設(shè)。從仿真結(jié)果可以看出，除了采用球形大地假設(shè)時最大射程角附近的射程明顯高于橢圓大地假設(shè)以外，其他射角下無論采用球形大地假設(shè)還是橢圓大地假設(shè)，對射程的影響均在10m的量級內(nèi)，可忽略不計，而采用平面大地假設(shè)時的炮彈射程與另2種的差值在10m的量級。

圖10為采用不同地球模型時的彈道高度在初速=2 500 m/s時隨射角變化的曲線。

從圖10可以看出，采用不同地球模型時自旋高超聲速炮彈的彈道高均隨射角的增大而增大。采用平面大地假設(shè)時的彈道高小于另2種假設(shè)，差值在10m的量級，而采用球形大地假設(shè)和橢圓大地假設(shè)時的彈道高度相差僅在10m的量級。因此地球扁率對高超聲速炮彈彈道高的影響可忽略不計。

圖10 不同地球模型下的彈道高度仿真結(jié)果曲線Fig.10 Trajectory height simulation results under different earth models

仿真結(jié)果還表明，采用球形大地假設(shè)或橢圓大地假設(shè)時的側(cè)偏也相差不大，二者的誤差在允許的范圍內(nèi)，而采用平面大地假設(shè)時側(cè)偏極小，因此地球轉(zhuǎn)速對自旋高超聲速炮彈側(cè)偏的影響不能忽略；3種大地模型下的落點速度也基本重合，誤差均在允許范圍內(nèi)，因此地球轉(zhuǎn)速和扁率對落點速度的影響較小。

綜上所述，采用平面大地假設(shè)，即忽略地球轉(zhuǎn)速時會給低速自旋高超聲速炮彈的射程、彈道高以及側(cè)偏帶來10m以上的誤差，使命中精度大大降低，若考慮在高超聲速炮彈上加入制導(dǎo)控制系統(tǒng)時會增加其工作負擔，給炮彈完成相應(yīng)的戰(zhàn)斗技術(shù)指標增加了困難，因此地球轉(zhuǎn)速不能忽略；而采用球形大地假設(shè)或橢圓大地假設(shè)均能在誤差范圍內(nèi)模擬出高超聲速炮彈的彈道特性，產(chǎn)生的彈道誤差完全可以通過在彈上加入控制系統(tǒng)而消除掉，即地球扁率對低速自旋高超聲速炮彈彈道特性的影響可忽略不計。

5 結(jié)論

本文根據(jù)尾翼式自旋高超聲速炮彈的飛行特點，考慮地球轉(zhuǎn)速、飛行高度及氣動力的變化，建立了其適配的6-D運動方程和自由擾動運動方程，并基于已有的彈型進行了穩(wěn)定性分析和彈道仿真分析，可為高超聲速制導(dǎo)炮彈的總體設(shè)計提供參考。所得結(jié)論如下：

1) 對自由擾動運動方程進行了仿真求解后，所得特征根的實部小于零，說明低速自旋高超聲速炮彈能夠在飛行過程中具有良好的動態(tài)穩(wěn)定性。

2) 尾翼式自旋高超聲速炮彈的射程隨射角的增大而先增大后減小，彈道高隨射角的增大而增大。在橢圓大地假設(shè)下，該彈在發(fā)射速度=2 500 m/s時的最大射程角=50°，最大射程達457.2 km，彈道高度137.9 km。

3) 縱向散布在平衡轉(zhuǎn)速=18.8 r·s時最小，但為了適配安裝控制系統(tǒng)時舵機的操控能力，減小馬格努斯力矩，增大落點動能、提高毀傷效力，設(shè)計時選擇平衡轉(zhuǎn)速=8.7 r·s的極小值點。

4) 忽略地球轉(zhuǎn)速時會產(chǎn)生10m以上的彈道誤差，對落點位置影響較大，若加入控制系統(tǒng)會極大增加工作負擔；扁率對自旋高超聲速炮彈彈道特性影響的量級僅在10m，可通過加入彈上控制系統(tǒng)消除，可忽略不計。