柴嘉奇,诸德放,孙鹏飞
(1.空军勤务学院航空弹药系,江苏徐州,221000;2.空军93279部队,辽宁丹东,118000)
高速导弹激波对激光引信探测距离影响研究
柴嘉奇1,诸德放1,孙鹏飞2
(1.空军勤务学院航空弹药系,江苏徐州,221000;2.空军93279部队,辽宁丹东,118000)
高速导弹在大气中高速飞行时在弹体周围会产生激波,当激光引信探测目标距离时,由于激波层内外空气密度的变化会导致光的折射,引起测距误差。结合光学理论,推导由于激波折射效应引起的误差公式,并进行仿真计算与分析。
高速导弹;激波;激光引信探测
高速导弹在大气中高速飞行时,会产生激波。由于激波的存在使得激波层内外的空气密度发生变化。当激光引信探测距离时,由于空气密度的变化,光路会发生折射,使得光的行程发生变化,引起测距误差。所以在对于激光引信探测距离的研究过程中,必须根据理论计算,计算激波层折射效应引起的偏移角和激波反射系数,分析其对激光引信的测距精度和目标检测的影响,为理论研究提供相关依据。
图1-1 高速导弹产生激波示意图
当高速导弹在大气层内作超音速飞行时,其头部和尾部周围会形成一道稳定的激波。根据空气动力学知识,高速导弹形成的激波是一个圆锥形包络面,是弹丸周围空气受扰动压缩和未压缩的分界面,如图1-1所示。
当空空导弹零攻角飞行时,附体圆锥波角β可由经验公式确定:
再根据平面斜激波常用关系式计算附体圆锥激波前后密度比的公式为:
在空气当中气体的气热比r=1.4,再根据相关定律,可将激波折射效应表示为:
激波由折射效应引起的偏移角μ=θ2-θ1。零攻角运动时激波折射效应引起的测距误差如图1-2所示,误差的公式为:
图1-2 零攻角条件下探测误差示意图
空空导弹零攻角攻击目标时,根据经验,激光波长大于800 nm时,趋于常数,仿真结果均以≈0.219 8时为基础计算得到。同时将r=1.4;=1.293代入式(2)(3)(4),将头部半锥角30°代入,简化处理可得:
结合式(2)(4)及激波折射效应引起的偏移角公式μ=θ2-θ1,对于激波引起的误差进行计算。将激光的入射角θ2设定为5/180*pi, 10/180*pi, 20/180*pi,三种情况下,绘制偏移角μ与飞行马赫数Ma的相关曲线,如图2-1所示。
根据图2-1分析可知,当空空导弹飞行马赫数在1~8时,偏移角的大小在0°~18°之间。在实际的计算中可以发现由于激波引起的误差与偏移角是成正比关系。所以可将偏移角设定为最大值,计算在不同弹道角的情况下误差的大小。根据实际情况L的范围在10~30m之间,分别取10,20,30 m三个点;偏移角μ的取最大值为18°;弹道角ω的范围在10°~80°之间,绘制测量误差与弹道角ω关系曲线如图2-2所示。
图2-1 偏移角与马赫数的关系曲线
图2-2 误差与弹道角关系图
根据图2-2分析可知,由于激波引起的误差在偏移角为最大值18°左右时,当L=10m时测距误差最大值为0.45m;当L=20m时测距误差最大值为0.9m;当L=30m时测距误差最大值为1.3m。可见当探测的距离越大时,所产生的误差也越大,但是本系统使用激光为探测方式探测空空导弹遇靶时,一般均为近距探测,差生的误差较小,对于测量精度的影响也较小。
当空空导弹有正攻角飞行时,按照与零攻角的计算方法,与参数带入。攻角α取5°,10°,15°三种条件下绘制测量误差 与弹道角ω关系曲线如图3-1所示。
图3-1 正攻角时测距误差与弹道角关系
根据图3-1可知,当在空空导弹正攻角飞行时,当α=5°时,L=10m,偏移角μ的取最大值为18°产生的最大误差为0.36m左右。当α=10°时,产生的最大误差为0.28m左右。当α=15°时,产生的最大误差为0.23m左右。产生的误差较小,对于测量结果的影响不大。
本文对不同攻角的条件下,空空导弹在高速飞行时产生激波对于测距精度产生的影响进行定性与定性的分析。在利用激光引信探测距离时,由于激波产生的测距误差较小,对于测距精度的影响不大。
[1] 李昆,栗苹,陈慧敏等,激波光学折射和反射效应对激光近程目标探测影响研究[J].兵工学报,2008(01):28-32.
[2] 张祥金,沈娜,张合等,激波对前置激光引信光程影响分析[J].红外与激光工程,2009(04):807-810.
[3] 张智诠,王磊,徐达等,弹丸激波在激光光幕靶测量中的影响分析[J].光学技术,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