超远程弹箭降弧段动力平衡角的快速计算方法

针对超远程弹道的快速计算问题,研究了降弧段动力平衡角的快速计算方法。首先根据动量定理和动量矩定理,建立了适用于高空且考虑气动力非线性和几何非线性的弹箭角运动方程。使用摄动法推导了考虑非齐次项影响的角动量矩方程和角动能方程。分别在线性和非线性静力矩条件下分析了攻角平均幅值的角动量矩和角动能表示,从而建立了缓变变量的攻角幅值计算模型。算例计算结果表明,该方法和与六自由度刚体弹道模型的计算结果符合较好,并且因计算过程中各变量变化缓慢,可使用较大的计算步长,由此可使用该方法建立超远程弹道的快速计算模型。

动力平衡角的直接算法

应用修正的质点弹道模型计算弹道时,需要用到动力平衡角.以往所用较精确的动力平衡角公式是一个隐函数表达式,需用叠代方法把动力平衡角计算出来,这样不仅繁杂费时,而且给使用者带来很大的不方便。本文在原有公式的基础上,直接应用质心运动方程,求出了动力平衡角三分量的显式解析表达式,对动力平衡角无须再进行叠代,保证了精确度,节省了计算时间,给程序编制者带来很大的方便。

二维弹道修正榴弹动力平衡角与偏流特性分析

针对双旋结构旋转稳定榴弹的弹道特性进行研究。在固定舵和弹体无气动耦合的假设下,基于弹丸的运动方程和攻角方程,建立动力平衡角和偏流的解析表达式,并分析了各因素对动力平衡角和偏流的影响。仿真结果表明,舵片静力矩系数导数对动力平衡角影响较大,且随系数导数的增大动力平衡角减小;固定舵转速在一定范围内对偏流很大,并随转速增大而减小,转速大于该范围后,偏流受固定舵转速影响很小。该研究可用于弹丸的散布分析,为同类型弹丸的研究提供依据。

固定鸭舵式二维弹道修正榴弹偏流特性分析

安装二维弹道修正引信后大口径榴弹的弹道特性发生了较大变化,偏流等弹道特性和修正控制机理的研究是面临的重要问题。针对该问题,基于双旋弹丸的攻角方程,通过无控和有控两种状态下动力平衡角和偏流解析表达式的推导,定性分析了偏流的影响因素,并采用系数冻结法给出了偏流的定量计算方法。通过分析有控状态下控制力项对动力平衡角和攻角变化的影响,研究了修正控制对偏流的影响规律。仿真结果表明,弹体转速、射角、飞行时间、固定鸭舵滚转角等是影响偏流的重要因素,所给出的偏流计算方法可较精确的计算偏流值。研究结果可应用于固定鸭舵式二维弹道修正榴弹的总体设计中,对该型弹丸的研究具有理论和工程意义。

陀螺/GPS弹箭飞行姿态空中对准方法

为了研究制导炮弹陀螺姿态测量的空中初始对准问题,根据弹箭绕心运动特性分析,引入动力平衡角近似攻角,建立基于全球定位系统测量数据的陀螺姿态测量空中对准模型,利用解析求得弹箭滚俯仰角和偏航角初始值。基于某弹箭测量仿真数据进行初始姿态仿真计算,仿真结果表明,采用该方法得到的姿态状态与理论值基本吻合,满足制导炮弹俯仰角和偏航角陀螺空中对准要求。

基于修正质点弹道模型的双旋弹控制效果分析

针对一类固定鸭舵双旋弹,提出基于修正质点弹道模型的控制效果分析方法.将前体鸭舵滚转角作为控制量,在地面坐标系中建立了固定鸭舵双旋弹的6自由度外弹道模型.在鸭舵滚转角保持常值的条件下推导了动力平衡角计算公式,并得到修正质点弹道模型.给出了射程方向修正加速度和侧偏方向修正加速度的计算公式,并提出主导修正系数的定义.分析了主导修正系数对修正方向和修正距离的影响,说明该系数是决定固定鸭舵双旋弹控制效果的关键因素之一.仿真示例表明,用动力平衡角可以近似估算弹丸的攻角而且修正质点外弹道模型与6自由度外弹道模型的位置计算结果接近.

基于无控弹道信息的水平风速辨识方法

风对飞行器的无控飞行轨迹具有重要的影响,若无法获取飞行高度范围内的风速变化规律,则很难准确估计出常规炮弹及修正弹的落点。为了提高弹道预测的精度,提出了一种利用无控弹道测量数据及气动参数进行水平风速辨识的方法。推导了有风条件下炮弹的动力平衡角变化规律,并进一步给出了飞行过程中炮弹加速度与风速之间的关系方程。采用序列二次规划的方法,利用弹道测量得到的弹丸加速度数据估算出不同高度下纵向及侧向水平风速的大小。仿真结果表明,所提出的方法可以有效地估计出不同高度及方向上的水平风速。

对重力引起的弹轴运动的讨论

本文从求解攻角方程特解和动力平衡的角度,导出了动力平衡角和方程;指出了它们无本质差别,均是由重力所引起,是弹丸相对于动坐标系的动量矩守恒这一动力平衡的产物的物理实质。本文中未交待的符号意义同文献[1]。

改装弹丸特征量对射弹散布的影响分析

为将砂弹应用于靶场的火炮外弹道试验,对某型105 mm榴弹弹丸改装前后的特征量差异进行了统计分析,提出了弹丸特征量散布的概念,并以动力平衡角为媒介,应用外弹道理论推导出弹丸质心位置和极转动惯量与射弹散布的关系公式,计算得到了满足弹丸飞行稳定性的特征量范围和满足射弹散布指标要求的特征量散布范围,经分析发现基于目前工艺改装砂弹的理论射弹散布较大,因此没有理由将砂弹直接应用于火炮外弹道试验。

偏流的近似计算与分析

本文推导了一个计算偏流的近似解析公式。公式的物理意义明显,能正确反映物理量与偏流的关系。因而公式也可用于分析各因素对偏流和方向散布的影响。文中通过实际算例表明公式的精确程度也是令人满意的。

提高某型预制破片弹设计精度的研究

根据旋转稳定弹丸的飞行稳定性要求,分析弹丸有关参数对弹丸飞行稳定性的影响,由此确定了在某型大口径预制破片弹弹丸设计时需要采取的措施,并对某型预制破片弹和某型杀爆弹的有关飞行稳定性参数进行了计算和比较。

基于陀螺/GPS测量数据的制导炮弹滚转角空中定标原理

为解决制导炮弹组合导航惯性元件滚转角的空中初始标定问题,根据弹箭绕心运动特性,忽略起始扰动段对弹箭飞行姿态的影响,应用动力平衡角理论推导出基于三轴角速率陀螺和全球定位系统测量数据的弹箭滚转角空中定标方法.通过模拟传感器噪声,利用某低旋尾翼弹仿真数据进行初始滚转角仿真计算,得到滚转角误差范围在5°以内.仿真结果表明该方法得到的滚转角与理论结果吻合较好,能够满足制导炮弹角速率陀螺空中定标要求.

基于减旋控制的侧向弹道修正技术

为了对旋转稳定炮弹的侧向弹道进行修正,实现低成本的二维弹道修正,阐述了旋转稳定炮弹通过减旋控制减小方向偏差的修正原理;根据旋转稳定炮弹的飞行稳定性条件,推导出方向修正时修正弹的最低转速要求;建立了组合式二维弹道修正弹的飞行弹道数学模型,对修正弹的转速、方向动力平衡角、飞行稳定性和最大方向修正能力等进行了数值计算.结果表明,采用减旋控制方式可以调节弹道方向偏差,方向修正控制后修正弹的转速应高于其最低转速要求.研究结果对简易二维弹道修正技术研究有较好的参考作用.

基于卡尔曼滤波的弹箭飞行状态估计方法

为了快速、准确地获取弹箭飞行状态参数,讨论了采用不同卡尔曼滤波的弹道估计过程.采用质点弹道模型,考虑了动力平衡角的影响,以随机横风为过程噪声,建立了弹箭飞行状态方程;基于实测的弹箭位置、速度参数,建立了量测方程;分别采用扩展卡尔曼滤波(EKF)和线性化卡尔曼滤波(LKF)对测量数据进行最优估计,提出一个弹道滤波混杂算法.以某低旋尾翼弹为例,在坐标雷达探测体制下进行了仿真计算.结果表明,混杂算法减少了系统的在线计算量,提高了弹箭飞行状态的估计精度.