CN106595394A - 一种利用音爆测量超音速弹体弹着点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种利用音爆测量超音速弹体弹着点的方法，在预计的弹着点附近设置若干压力传感器，当超音速弹体飞跃压力传感器时，每个压力传感器采集音爆特征，所有压力传感器的音爆特征以及位置关系组成特征匹配面；选择若干个处于弹体飞行包线范围内的速度矢量，并根据靶场试验中的流场环境，超音速弹体几何外形，利用CFD数值模拟方法计算所选择的每个速度矢量下的超音速弹体流场；在得到的每个速度矢量下的超音速弹体流场中，寻找能够与特征匹配面最优匹配的流场，得出超音速弹体的速度矢量和空间位置，并确定超音速弹体弹着点。本发明通过测量超音速弹体引起的音爆现象来确定其弹着点位置，从而达到降低实验成本、提高试验效率的目的。

Description

一种利用音爆测量超音速弹体弹着点的方法

技术领域

本发明涉及实验空气动力学领域，具体是一种利用激波引起的音爆现象来测量超音速弹体弹着点的方法。

背景技术

导弹(炮弹)的靶场试验是检验和考核武器系统的战术技术参数，能否满足预定的设计要求、战术性能指标及使用要求的重要手段，是武器系统研制过程中极为重要的环节，同时也是全面评估武器系统特点，提出改进设计，编写使用条令的科学依据。在导弹的靶场试验中，弹着点的位置不仅直接反映着导弹的命中精度，同时也是评估导弹毁伤性能的重要参数。因此，弹体弹着点的精确测量对于靶场试验十分重要。

目前，在导弹靶场试验中对于弹着点的测量，通常采用发射模型弹，用模型弹击中靶标形成的弹孔来测量导弹的弹着点位置。这种方法虽然在多数情况能够给出正确的弹着点位置，但是也存在一些问题：首先，靶标的设置会增加试验耗费、影响武器系统的研制周期。靶标的大小应与测试导弹的命中精度有关，因而在考察导弹命中精度的靶场试验中，为了使试验能够顺利采集到数据，靶标会设置的相对足够大，但从时间角度看，设置足够大的靶标会增加试验的准备时间，此外靶标是一次性使用产品，针对不同实验反复树立靶标，从经济角度考虑，耗费也是相当可观的。而且，对于一个新武器系统的检验和考核，通常需要数十次的靶场试验，反复树立靶标不仅会增加研究经费的开销，还可能存在拉长武器研制周期的风险。其次，若靶标在实验中损坏或者被摧毁，则不能测出其弹着点的准确位置。靶标是被测武器的目标，如果靶标在模型弹的强烈冲击下损毁，则很难从本次试验中辨认其弹着点位置。甚至试验中发射的是实弹，而非模型弹的情况下，则不可能通过树立靶标的方法来测量导弹的弹着点。

发明内容

为了克服现有靶场试验中，树立靶标测弹着点技术存在的耗费大、准备周期长的不足，本发明提出了一种利用音爆测量超音速弹体弹着点的方法，该方法通过测量超音速弹体引起的音爆现象来确定其弹着点位置，从而达到降低实验成本、提高试验效率的目的。

本发明的技术方案为：

所述一种利用音爆测量超音速弹体弹着点的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：在靶场试验中，在预计的弹着点附近设置若干压力传感器，且压力传感器处于超音速弹体弹道下方；当超音速弹体飞跃压力传感器时，每个压力传感器采集音爆特征，所述音爆特征包括脉动幅值ΔP、脉动持续时间Δt以及感受到音爆的时间t；所有压力传感器的音爆特征以及位置关系组成特征匹配面；

步骤2：根据超音速弹体的飞行包线，选择若干个处于飞行包线范围内的速度矢量，以及靶场试验中的流场环境，超音速弹体几何外形，利用CFD数值模拟方法计算所选择的每个速度矢量下的超音速弹体流场；

步骤3：在步骤2得到的每个速度矢量下的超音速弹体流场中，寻找能够与步骤1得到的特征匹配面最优匹配的流场，进而得出超音速弹体的速度矢量和空间位置；根据超音速弹体的速度矢量和空间位置确定超音速弹体弹着点。

有益效果

本发明的有益效果是：采用可以多次重复使用的压力传感器代替原实验中仅能一次性使用的靶标，从而实现了降低实验成本的目的，压力传感器的安装相对靶标的设置更加简单、便捷，使其具备缩短试验准备时间的优势。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本项发明的实验方法的设备装置安装布局示意图；

图2是CFD数值模拟流场结果以及不同位置处测量音爆的信号特征(a、b、c分别对应三种路径穿过流场测得的信号)；

图3是利用确定的弹体空间位置和姿态角计算弹着点的原理示意图；

其中：1.压力传感器，2.数据连接线，3.数据采集设备，4.试验弹，5.弹着点，6.激波(压力波)。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的目的是克服现有导弹靶场试验中，树立靶标测弹着点技术存在的耗费大、准备周期长的不足，提出了一种利用音爆测量超音速弹体弹着点的方法，通过测量超音速弹体引起的音爆现象来确定其弹着点位置，从而降低实验成本、提高试验效率。

本发明整体原理思路为：

在导弹的靶场试验中，设置一排或多排压力传感器于弹着点附近，并使传感器位于模型弹弹道的下方，每个压力传感器都与数据采集设备相连，该设备能够记录所有测压点处压力脉动信号，试验开始时启动压力传感器和数据采集设备。当超音速弹体飞跃压力传感器上方时，弹体与空气强烈的相互作用会引起音爆现象(激波)，音爆现象的实质就是超音速飞行时产生的强压力波，这种强压力波在空间上是一个向远场延伸的空间曲面，当它传到地面上就会被预先设置好的压力传感器捕捉到，与此同时，数据采集设备记录每个传感器感受到压力波的强度和时间(信号特征)。压力波的强度体现在它所引起的压强脉动幅值ΔP上，在弹体外形确定的前提下，流场内某点处压强脉动幅值ΔP是该点与弹体之间距离和弹体飞行速度的函数，各个传感器感受到压力波的时间差也是当前测压点与弹体之间距离和弹体飞行速度的函数。在试验结束后，对弹体飞行包线内所有速度矢量，采用CFD数值模拟的方法进行一次扫描，获得弹体在各个速度矢量下的流场结果形成的数据库，将之前试验中各传感器的相对位置和测得的压强脉动幅值与数据库作比较，找到与之最相近的流场结果，并以该流场信息为索引确定此时弹体的飞行速度和相对压力传感器的位置，也即确定弹体相对地面的空间位置和飞行方向，如果有多排传感器参与实验数据的采集，则可以通过相同的方法确定导弹的空间飞行轨迹。以确定的弹体空间位置为起点，沿着飞行方向作射线，射线与目标几何外形的交点便是所要确定的弹着点。

基于上述原理分析，本发明的具体步骤为：

步骤1：在靶场试验中，在预计的弹着点附近设置若干压力传感器，且压力传感器处于超音速弹体弹道下方；当超音速弹体飞跃压力传感器时，每个压力传感器采集音爆特征，所述音爆特征包括脉动幅值ΔP、脉动持续时间Δt以及感受到音爆的时间t；所有压力传感器的音爆特征以及位置关系组成特征匹配面；

步骤2：根据超音速弹体的飞行包线，选择若干个处于飞行包线范围内的速度矢量，并根据靶场试验中的流场环境，超音速弹体几何外形，利用CFD数值模拟方法计算所选择的每个速度矢量下的超音速弹体流场；

步骤3：在步骤2得到的每个速度矢量下的超音速弹体流场中，寻找能够与步骤1得到的特征匹配面最优匹配的流场，进而得出超音速弹体的速度矢量和空间位置；根据超音速弹体的速度矢量和空间位置确定超音速弹体弹着点。

结合附图，下面给出具体实施例：

本实施例是一种利用超音速导弹引起的音爆现象来测量其弹着点的方法，其试验装置如图1所示，在导弹的靶场试验中，设置一排或多排压力传感器(1)于预计的弹着点(5)附近，并使传感器位于试验弹(4)弹道的下方，每个压力传感器都采用数据线(2)与数据采集设备(3)相连，该设备能够记录所有测压点处压力脉动信号，试验开始时启动压力传感器和数据采集设备。

当超音速试验弹(4)飞跃传感器上空时，实验弹与空气强烈的相互作用会引起音爆现象(6，激波)，音爆传到地面上就会被预先设置好的压力传感器(1)捕捉到，与此同时，数据采集设备(3)记录每个传感器感受到音爆特征，这些特征包括压强脉动的幅值和压力脉动发生的时间。在导弹外形确定的前提下，某点处压强脉动幅值ΔP是该点与导弹之间距离和导弹飞行速度的函数，各个传感器感受到压力波的时间差也是当前测压点与导弹之间距离和导弹飞行速度的函数。根据相对运动原理，试验弹相对于传感器的运动等价于传感器相对导弹的运动，如图2(CFD模拟计算结果)所示，a、b、c三种不同的信号特征(脉动幅值ΔP、Δt以及感受到音爆的时间t)对应三种路径穿过导弹的激波面。以同样的方式，将多个传感器采集到的信号特征，与CFD数值模拟所有飞行速度形成的数据库作比较，找到与之最相近的流场结果，并以该流场信息为索引确定此时导弹的姿态角、运动速度和相对压力传感器的位置，也即确定了导弹相对地面的空间位置和飞行方向。如果有多排传感器参与实验数据的采集，则可以通过相同的方法确定导弹的飞行轨迹。

在确定导弹的空间位置和飞行方向之后，忽略其他因素带来的影响，认为导弹在非常接近目标时仅作直线运动，则以确定的导弹空间位置为起点，沿着飞行方向作射线，射线与目标几何外形的交点便是所要确定的弹着点。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种利用音爆测量超音速弹体弹着点的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：在靶场试验中，在预计的弹着点附近设置若干压力传感器，且压力传感器处于超音速弹体弹道下方；当超音速弹体飞跃压力传感器时，每个压力传感器采集音爆特征，所述音爆特征包括脉动幅值ΔP、脉动持续时间Δt以及感受到音爆的时间t；所有压力传感器的音爆特征以及位置关系组成特征匹配面；

步骤2：根据超音速弹体的飞行包线，选择若干个处于飞行包线范围内的速度矢量，并根据靶场试验中的流场环境，超音速弹体几何外形，利用CFD数值模拟方法计算所选择的每个速度矢量下的超音速弹体流场；

步骤3：在步骤2得到的每个速度矢量下的超音速弹体流场中，寻找能够与步骤1得到的特征匹配面最优匹配的流场，进而得出超音速弹体的速度矢量和空间位置；根据超音速弹体的速度矢量和空间位置确定超音速弹体弹着点。