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摘要:弹丸在飞行过程中受风的影响而与理想弹道偏差,因此在计算外弹道时需考虑风的因素。目前,对风的应用有两种方法:相对速度及相应的攻角、侧滑角和附加攻角、侧滑角,本文就此两种方法进行了分析论述,以标准弹道为基准提取若干特征数据,分别加入到两种方法计算得出攻角、侧滑角并对比分析差异所在;再将两种方法模型带入弹道模型中,输入相同发射诸元,计算射程与试验数据相比较,得出相应结论。
关键词:相对速度;横风;纵风;附加攻角;附加侧滑角;攻角;侧滑角;射程
1 引言
弹丸在飞行过程中不可避免地会受到各种干扰因素,使得实际弹道与预计理论弹道产生偏差。这些干扰一般是随机的,主要有弹丸发射时的初始扰动、发动机推力偏心、风、弹丸质量分布不对称和弹体气动外形不对称等。在标准条件下,影响射程的因素主要有:射角、射速和气动参数,除了上述因素外,还有气温、气压、风等气象因素。
在忽略结构引起的误差因素后,射角、射速、气动参数一定的情况下,独立分析气象因素对射程的影响。风是气象因素中对射程影响最大的一个,目前在外弹道解算领域中,对风的处理方法主要有两种:相对速度及相应的攻角、侧滑角和附加攻角、侧滑角,其中对攻角影响的主要因素为纵风,对侧滑角影响的主要因素为横风,本文就这两种方法对上升段的影响展开分析。
2 风的两种处理方法
大气压分布的不均匀性是产生风的根源。理论研究和炮弹的发射试验都表明,大气参数与其标准值的偏差对导弹的运动有较大的影响,尤其是风速矢量W的变化,是引起弹道散布的重要因素之一。研究风速对导弹飞行的影响,通常总是把风速W沿地面坐标系各轴分解成即W=,并假定各个分量与对应轴的方向一致时为正,反之为负。经估值分析,可将风分为垂直风和水平风,当弹丸贴近地面飞行,可以不考虑垂直风,认为风是平行于地面的,通常将风分解成垂直于射击平面的横风Wz和平行于射击平面的纵风Wx。一般研究风速对弹道的影响,可采用以下两种方法。
2.1相对速度及相应的攻角、侧滑角(方法一)
有风速存在时,计算作用于炮弹上的空气动力和力矩,直接应用导弹的相对速度Vw和相应的攻角、侧滑角进行计算。这时,导弹的相对速度为Vm=V-W,它的大小和相对地面系的方位可由下式确定
2.2 附加攻角和侧滑角(方法二)
有风速存在时,在很多情况下,常将风速的影响归结为速度的变化,以及由风引起的附加攻角和侧滑角。由它们所决定的空气动力和力矩的改变量,则常作为扰动力和扰动力矩处理。纵风Wx和横风Wz使导弹相对气流的方向改变,分别产生附加攻角和附加侧滑角,其中
3 对比分析
3.1 分析
则最终可得:>0,对为递增函数且初始状态=0,>0,。
即方法二相比于方法一对风处理时产生以下两种状态:
Wx>0时,方法一产生的弹体攻角小于方法二;
Wx<0时,方法一产生的弹体攻角大于方法二。
3.2 分析
采用同4.1原理方法,可得:>0,为递增函数且初始状态=0,则>0,。
即方法一相比于方法二对风处理时产生以下状态:
Wz>0时,方法一对弹体侧滑角影响小于方法二;
Wz<0时,方法一对弹体侧滑角影响大于方法二。
4 仿真结果对比分析
以某型号制导炮弹为例,建立该弹丸弹道解算模型。将此两种方法带入到弹丸六自由度弹道解算模型中(依据式(2-1)编写),计算此两种方法在上升段所產生的攻角和侧滑角。
该弹某次试验上升段飞行时间为13s,略去炮口扰动段,提取5~13s为例。
气象数据如下所示:
两种方法加入后,用于计算气动力和力矩的攻角及侧滑角曲线如下所示:
根据气象数据可知,在上升段横风Wx>0,Wz>0,运用方法一得出的攻角和侧滑角均小于方法二所得,方法二对上升段弹道的影响大于方法一,与理论分析结论一致。
5 试验数据对比分析
两种方法加入后弹道曲线如下所示:
通过试验遥测数据和理论仿真数据对比可知:使用方法一所解算弹道与遥测数据趋势一致,更加符合实际飞行弹道。
6 结论
通过理论分析及仿真分析,可得:Wx>0时,方法一产生的弹体攻角小于方法二;Wx<0时,方法一产生的弹体攻角大于方法二;通过试验数据和理论计算外弹道,可知:方法一解算的外弹道数据更加符合实际飞行弹道。因此可得出以下结论:方法一更加适用于滚转弹丸外弹道解算。
关键词:相对速度;横风;纵风;附加攻角;附加侧滑角;攻角;侧滑角;射程
1 引言
弹丸在飞行过程中不可避免地会受到各种干扰因素,使得实际弹道与预计理论弹道产生偏差。这些干扰一般是随机的,主要有弹丸发射时的初始扰动、发动机推力偏心、风、弹丸质量分布不对称和弹体气动外形不对称等。在标准条件下,影响射程的因素主要有:射角、射速和气动参数,除了上述因素外,还有气温、气压、风等气象因素。
在忽略结构引起的误差因素后,射角、射速、气动参数一定的情况下,独立分析气象因素对射程的影响。风是气象因素中对射程影响最大的一个,目前在外弹道解算领域中,对风的处理方法主要有两种:相对速度及相应的攻角、侧滑角和附加攻角、侧滑角,其中对攻角影响的主要因素为纵风,对侧滑角影响的主要因素为横风,本文就这两种方法对上升段的影响展开分析。
2 风的两种处理方法
大气压分布的不均匀性是产生风的根源。理论研究和炮弹的发射试验都表明,大气参数与其标准值的偏差对导弹的运动有较大的影响,尤其是风速矢量W的变化,是引起弹道散布的重要因素之一。研究风速对导弹飞行的影响,通常总是把风速W沿地面坐标系各轴分解成即W=,并假定各个分量与对应轴的方向一致时为正,反之为负。经估值分析,可将风分为垂直风和水平风,当弹丸贴近地面飞行,可以不考虑垂直风,认为风是平行于地面的,通常将风分解成垂直于射击平面的横风Wz和平行于射击平面的纵风Wx。一般研究风速对弹道的影响,可采用以下两种方法。
2.1相对速度及相应的攻角、侧滑角(方法一)
有风速存在时,计算作用于炮弹上的空气动力和力矩,直接应用导弹的相对速度Vw和相应的攻角、侧滑角进行计算。这时,导弹的相对速度为Vm=V-W,它的大小和相对地面系的方位可由下式确定
2.2 附加攻角和侧滑角(方法二)
有风速存在时,在很多情况下,常将风速的影响归结为速度的变化,以及由风引起的附加攻角和侧滑角。由它们所决定的空气动力和力矩的改变量,则常作为扰动力和扰动力矩处理。纵风Wx和横风Wz使导弹相对气流的方向改变,分别产生附加攻角和附加侧滑角,其中
3 对比分析
3.1 分析
则最终可得:>0,对为递增函数且初始状态=0,>0,。
即方法二相比于方法一对风处理时产生以下两种状态:
Wx>0时,方法一产生的弹体攻角小于方法二;
Wx<0时,方法一产生的弹体攻角大于方法二。
3.2 分析
采用同4.1原理方法,可得:>0,为递增函数且初始状态=0,则>0,。
即方法一相比于方法二对风处理时产生以下状态:
Wz>0时,方法一对弹体侧滑角影响小于方法二;
Wz<0时,方法一对弹体侧滑角影响大于方法二。
4 仿真结果对比分析
以某型号制导炮弹为例,建立该弹丸弹道解算模型。将此两种方法带入到弹丸六自由度弹道解算模型中(依据式(2-1)编写),计算此两种方法在上升段所產生的攻角和侧滑角。
该弹某次试验上升段飞行时间为13s,略去炮口扰动段,提取5~13s为例。
气象数据如下所示:
两种方法加入后,用于计算气动力和力矩的攻角及侧滑角曲线如下所示:
根据气象数据可知,在上升段横风Wx>0,Wz>0,运用方法一得出的攻角和侧滑角均小于方法二所得,方法二对上升段弹道的影响大于方法一,与理论分析结论一致。
5 试验数据对比分析
两种方法加入后弹道曲线如下所示:
通过试验遥测数据和理论仿真数据对比可知:使用方法一所解算弹道与遥测数据趋势一致,更加符合实际飞行弹道。
6 结论
通过理论分析及仿真分析,可得:Wx>0时,方法一产生的弹体攻角小于方法二;Wx<0时,方法一产生的弹体攻角大于方法二;通过试验数据和理论计算外弹道,可知:方法一解算的外弹道数据更加符合实际飞行弹道。因此可得出以下结论:方法一更加适用于滚转弹丸外弹道解算。