单翼与有伞末敏子弹的扫描比较及分析*

顾建平,韩子鹏

(1南京工程学院材料科学与工程学院,南京 211167;2南京理工大学能源与动力工程学院,南京 210094)

0 引言

能否形成稳态扫描是研制末敏子弹的关键。目前,实现稳态扫描的方式主要有两种:其一是有伞扫描[1],该方式将降落伞连于子弹上,利用伞受到的空气动力带动子弹旋转实现稳态扫描;其二是无伞扫描[2],通常采用单翼或非对称的双翼与子弹相连,利用人为的子弹质量与空气动力的强非对称实现稳态扫描。

文中在同等气候条件下,针对末敏子弹的具体扫描参数及风对扫描的影响,系统的比较单翼末敏子弹与有伞末敏子弹在稳态扫描时的扫描性能,以期能为末敏子弹的研制提供相关的理论参考。

1 扫描参数比较

末敏子弹的扫描参数主要有铅直落速V Cz0、扫描频率 ωscan、扫描角θ等[3],利用这些参数可以计算出扫描轨迹中相邻两螺圈线间的距离[4]:

算例中单翼末敏子弹质量为5kg,翼端重物质量为0.2kg,翼长0.25m,翼宽0.12m,单侧翼的安装角为28°;有伞末敏子弹质量为8kg,降落伞质量为0.25kg,伞的最大圆截面半径为0.45m,特征长度为0.8m。两种末敏子弹的抛撒高度都为700m。以下仿真结果都是基于四元数法[5]表示欧拉角推导得出的系统方程组计算所得。图1～图3依次比较了两种末敏子弹的铅直落速、扫描频率和扫描间距随时间的变化。

图1 铅直落速随时间的变化

从图1～图3可看出,单翼和有伞末敏子弹的落速分别稳定在27.5m/s和13.5m/s,对末敏子弹而言,落速越快,在空中停留的时间越短,越容易躲避打击;单翼和有伞末敏子弹的扫描频率依次稳定为8r/s和4r/s,在同等落速情况下转速越快,扫描越密集,但考虑到单翼末敏子弹的落速较快可能造成扫描间距变大出现漏扫的情况,图3比较了两者的扫描间距,单翼末敏子弹扫描间距为1.6m,有伞末敏子弹为1.93m,可见即使单翼末敏子弹落速较快,但因其扫描频率较高,依然能保持更为密集的扫描。从上述扫描参数对比发现,单翼末敏子弹在稳态扫描时的扫描性能要明显优于有伞末敏子弹。

2 风对弹道的影响

实际作战环境中总会有横风,这里考虑横风的影响,对单翼末敏子弹和有伞末敏子弹所受到的空气动力及动力矩做出适当的修正。空气动力、空气动力矩的大小和方向均与相对速度的大小和方向有关,因此修正时只需将空气动力和空气动力矩的相关计算公式中的绝对速度改为相对速度即可。

现将两者在700m高空处抛撒,当环境中有 x向横风V f x=4m/s或y向横风V f y=4m/s时,图4和图5分别记录两种末敏子弹在距地面高度100m处直至最终坠地的扫描轨迹。

从图4、图5可以看出,在风速为 4m/s的x向横风作用下,单翼末敏子弹坠地点距离初始地面正投影点(坐标原点)为105m,而有伞末敏子弹则偏移了213m;在风速为4m/s的y方向横风作用下,单翼末敏子弹坠地点偏移初始投影点112m,而有伞末敏子弹则偏移了210m。由此可知,横风对有伞末敏子弹的影响较大,这主要是由于降落伞受到较大的横向气动力,在同等时间段下就产生更大的冲量使之偏移更多。另外有伞末敏子弹的落速较低,在空中停留了更多的时间,也是横向偏移较多的原因之一。

3 结论

铅直落速、扫描频率、扫描间距是衡量末敏子弹稳态扫描质量的重要方面,通过仿真结果比较发现单翼末敏子弹依靠其强非对称性气动力结构形成了更为优异的稳态扫描。鉴于实际作战环境中横风对弹道的影响不可忽视,也比较了两者在同样的横风作用下的偏移情况,结果显示单翼末敏子弹受横风的干扰较小,其扫描情况要优于有伞末敏子弹。因此,相比传统的有伞末敏子弹,单翼末敏子弹具备更强的作战效能。

[1] 刘世平,韩子鹏.末敏弹旋转伞——弹阻力模型研究[J].兵工学报,1997,18(3):221-225.

[2] 舒敬荣,张邦楚,韩子鹏,等.单翼末敏弹扫描运动研究[J].兵工学报,2004,25(4):415-420.

[3] 孙乐,韩子鹏,李奉昌,等.末敏弹减速运动和稳态扫描段运动特性的研究[J].航空学报,1998,19(2):147-151.

[4] 赵新生,邢立新,孙超.末敏弹稳态扫描段扫描间隔分析[J].弹箭与制导学报,2005,25(4):900-902.

[5] 袁子怀,钱杏芳.有控飞行力学与计算机仿真[M].北京:国防工业出版社,2001.