CN111680384B - 拖曳式二次起爆云爆弹拖缆释放长度计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拖曳式二次起爆云爆弹拖缆释放长度计算方法，根据拖曳式二次起爆制导火箭云爆弹不确定条件，分析引战系统拖缆释放过程，给出理论放出缆长，确保在最佳云团形成时，二次起爆装置在云团内部起爆，以实现引战配合精确控制，最大化发挥二次起爆云爆战斗部威力。上述方法为拖曳式二次起爆制导火箭云爆弹引战配合设计奠定了理论基础，该方法具有广阔的军事应用前景。

Description

拖曳式二次起爆云爆弹拖缆释放长度计算方法

技术领域

本发明属于二次起爆云爆弹技术领域，具体涉及一种拖曳式二次起爆云爆弹拖缆释放长度计算方法。

背景技术

传统的二次起爆云爆弹多采用分离后伞降减速和整体伞降减速方案，降低抛撒时刻弹速到60m/s以下，通过减速伞顶部安装二次起爆子弹的方式实现二次起爆型云爆弹的引战配合和起爆控制，该方式存在以下问题：1)应用场景多为航弹或精度不高的面杀伤弹药；2)云爆剂只能在60m/s以下抛撒才能形成最佳的云团形状；3)弹体分离会造成设计复杂和降低弹药命中精度；4)伞降减速抗风能力差，带来精度无法得到保证。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种拖曳式二次起爆云爆弹拖缆释放长度计算方法，可以对不确定条件下拖曳式二次起爆云爆弹拖缆释放长度进行分析，进而确保在最佳云团形成时，二次起爆装置在云团内部起爆。

一种拖曳式二次起爆云爆弹拖缆释放长度计算方法，包括如下步骤：

步骤1、确定影响拖缆释放过程的不确定条件参数，包括：在二次起爆装置与制导火箭云爆弹分离时刻，制导火箭云爆弹的飞行速度V、海拔高度H、二次起爆装置阻力系数C_x以及拖缆释放装置阻尼力F_d；分别对该四个不确定条件参数的可能范围进行网格划分；

步骤2、确定条件下的拖缆释放动力学过程：

首先，根据制导火箭云爆弹运动方程组得到惯性坐标系下制导火箭云爆弹位置三分量x_a,y_a,z_a和惯性坐标系下制导火箭云爆弹速度V的三分量V_ax,V_ay,V_az；

然后，建立放缆装置拖缆释放过程方程组：

其中，L_out表示放出拖缆长度；ω_gt表示拖缆释放装置转动角速度；R_gt表示拖缆释放装置半径；J_gt表示拖缆释放装置转动惯量；F_d表示拖缆释放装置等效阻尼力；T表示拖缆受力；

拖缆受力T按公式(2.a.2)计算；当前放出缆长L_out由公式(2.a.1)积分得到，d_af为二次起爆装置与制导火箭云爆弹的相对距离；

其中，E表示拖缆弹性模量；A表示拖缆横截面积；

最后，建立二次起爆装置质心运动方程：

其中，g表示重力加速度常数；m表示二次起爆装置质量；状态变量取为：惯性坐标系下，二次起爆装置质心速度分量三V_fx,V_fy,V_fz和三位置分量x_f,y_f,z_f；惯性坐标系下，二次起爆装置的质心速度大小为二次起爆装置与制导火箭云爆弹的相对位置分量分别为x_af＝x_f-x_a,y_af＝y_f-y_a,z_af＝z_f-z_a，得出二次起爆装置与制导火箭云爆弹的相对距离为/>空气阻力计算方法由(2.b.2)给出：

式中，X_A表示二次起爆装置空气阻力；S_ref表示二次起爆装置参考面积；C_x表示二次起爆装置阻力系数；ρ(H)表示与海拔高度H有关的空气密度函数；

步骤3、将步骤1中不确定条件参数四个物理量的取值进行遍历组合，得到4个不确定条件参数的组合；将每种组合代入步骤2中，采用4阶龙哥库塔数值积分方法，计算在每种参数组合下拖曳式二次起爆制导火箭云爆弹拖缆释放长度。

进一步的，所述步骤3中，判断各参数组合下的释放长度是否在缆长的设定值范围内，如果是，说明在上述不确定条件下，最佳云团形成时，二次起爆装置在云团内部起爆。

本发明具有如下有益效果：

本发明的一种拖曳式二次起爆云爆弹拖缆释放长度计算方法，根据拖曳式二次起爆制导火箭云爆弹不确定条件，分析引战系统拖缆释放过程，给出理论放出缆长，确保在最佳云团形成时，二次起爆装置在云团内部起爆，以实现引战配合精确控制，最大化发挥二次起爆云爆战斗部威力。上述方法为拖曳式二次起爆制导火箭云爆弹引战配合设计奠定了理论基础，该方法具有广阔的军事应用前景。

附图说明

图1拖曳式二次起爆制导火箭云爆弹拖缆释放过程示意图；

图2拖曳式二次起爆制导火箭云爆弹某条件理论放出缆长；

图3拖曳式二次起爆制导火箭云爆弹某条件拖缆释放过程缆受力曲线图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

拖曳式二次起爆制导火箭云爆弹的引战系统方案，采用“定高抛撒+延期起爆”的总体作用模式。制导火箭云爆弹由地面火箭炮发射，到达目标上空一定高度时侧向抛出二次起爆装置，二次起爆装置通过拖缆与制导火箭云爆弹固连，拖缆置于放缆装置中，二次起爆装置抛出后牵引拖缆放出到预定长度，待二次起爆装置与制导火箭云爆弹相对运动稳定后，二者保持固定相对距离稳定下落。制导火箭云爆弹距地一定高度时抛撒云爆剂，同时二次起爆装置开始延期起爆计时，二次起爆装置起爆延时为云爆剂形成最佳云团所需的时间，待云爆剂形成最佳起爆云团时，二次起爆装置在云团内部起爆云团，形成云雾爆轰效应对目标进行毁伤。

牵引二次起爆装置的拖缆，确立了云爆剂抛撒时刻，二次起爆装置与制导火箭的初始相对距离，实际放出的缆长是否恰当决定了二次起爆装置作用时是否在云团内部。拖缆释放过程涉及的对象包括二次起爆装置、拖缆、拖缆释放装置和制导火箭云爆弹。拖缆释放装置采用自适应阻尼被动放缆方式，实际放出缆长与飞行条件等因素相关。由于制导火箭云爆弹要适应野战环境，包括不同的海拔、气象条件、射程覆盖范围等，其飞行条件复杂多变。采用拖曳式二次起爆引战系统方案的制导火箭云爆弹，如果不全面分析不确定飞行条件下，拖缆释放动力学过程，给出理论放出有效缆长及其偏差范围等，就不能确保不确定条件下二次起爆装置在云团内部起爆，并最终导致制导火箭云爆弹无法实现云雾爆轰，威力无法发挥。

根据拖曳式二次起爆制导火箭云爆弹飞行条件及其不确定性，分析拖缆释放动力学过程，给出理论放出有效缆长，具体处理步骤如下：

(1)影响拖缆释放过程的主要不确定条件包括：在二次起爆装置与制导火箭云爆弹装置分离时刻，制导火箭云爆弹的飞行速度V(即二次起爆装置被抛出时的牵连速度)、海拔高度H、二次起爆装置阻力系数C_x以及拖缆释放装置阻尼力F_d；分别对上述四个物理量的可能范围进行网格划分：

a)飞行速度V_i,i＝1,…,m；

b)海拔高度H_i,i＝1,…,n；

c)二次起爆装置阻力系数C_xi,i＝1,…,p；

d)拖缆释放装置阻尼力F_di,i＝1,…,q。

(2)确定条件下的拖缆释放动力学过程，主要包括二次起爆装置运动过程、制导火箭运动过程和拖缆及其释放装置运动过程。

A)制导火箭云爆弹运动方程组：

制导火箭云爆弹采用6自由度刚体动力学描述，祥见钱杏芳等著《导弹飞行力学》，2011年2月，北京：北京理工大学出版社，第48页，式(2-65)。为后续表述方便，给出制导火箭云爆弹惯性坐标系下的质心位置和速度分量符号：

x_a,y_a,z_a表示惯性坐标系下制导火箭云爆弹位置三分量，单位：米；V_ax,V_ay,V_az表示惯性坐标系下制导火箭云爆弹速度三分量，单位：米/秒；

B)放缆装置拖缆释放过程方程组：

放缆装置拖缆释放过程按(2.a.1)表示，其中状态变量为放出拖缆长度L_out和放缆装置转速ω_gt；已知性能参数为放缆装置的半径R_gt，转动惯量J_gt和等效阻尼力F_d；拖缆受力T为该方程组的输入，与拖缆参数及二次起爆装置和制导火箭云爆弹的相对运动有关。

其中，L_out表示放出拖缆长度，单位：米；ω_gt表示拖缆释放装置转动角速度，单位：弧度/秒；R_gt表示拖缆释放装置半径，单位：米；J_gt表示拖缆释放装置转动惯量，单位：千克平方米；F_d表示拖缆释放装置等效阻尼力，单位：牛顿；T表示拖缆受力，单位：牛顿；

拖缆受力按公式(2.a.2)计算，其中拖缆弹性模量E和横截面积A为已知性能参数；当前放出缆长L_out由公式(2.a.1)积分得到，d_af为二次起爆装置与制导火箭云爆弹的相对距离，后续给出计算方法。

其中，E表示拖缆弹性模量，单位：牛顿/平方毫米；A表示拖缆横截面积，单位：平方毫米；

C)二次起爆装置质心运动方程：

二次起爆装置运动过程采用质心动力学模型(2.b.1)描述，状态变量取为：惯性坐标系下，二次起爆装置质心速度分量V_fx,V_fy,V_fz和位置分量x_f,y_f,z_f。惯性坐标系下，二次起爆装置的质心速度大小为二次起爆装置与制导火箭云爆弹的相对位置分量分别为x_af＝x_f-x_a,y_af＝y_f-y_a,z_af＝z_f-z_a，可得出二次起爆装置与制导火箭云爆弹的相对距离为/>二次起爆装置的受力包括：拖缆拉力T、空气阻力X_A和重力。拖缆拉力按(2.a.2)计算。空气阻力计算方法由(2.b.2)给出：

式中：x_f,y_f,z_f表示惯性坐标系下二次起爆装置位置三分量，单位：米；V_fx,V_fy,V_fz表示惯性坐标系下二次起爆装置速度，单位：米/秒；g表示重力加速度常数；m表示二次起爆装置质量；

式中，X_A表示二次起爆装置空气阻力，单位：牛顿；S_ref表示二次起爆装置参考面积，单位：平方米；C_x表示二次起爆装置阻力系数；ρ(H)表示与海拔高度H有关的空气密度函数，单位：千克/立方米；

(3)将(1)中四个物理量的取值进行遍历组合，得到4个不确定条件参数的组合；将每种组合代入(2)给出的计算模型，采用4阶龙哥库塔数值积分方法，计算在每种参数组合下拖曳式二次起爆制导火箭云爆弹拖缆释放长度；判断各参数组合下的释放长度是否在缆长的设定值范围内，如果是，说明在上述不确定条件下，最佳云团形成时，二次起爆装置在云团内部起爆。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种拖曳式二次起爆云爆弹拖缆释放长度计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、确定影响拖缆释放过程的不确定条件参数，包括：在二次起爆装置与制导火箭云爆弹分离时刻，制导火箭云爆弹的飞行速度V、海拔高度H、二次起爆装置阻力系数C_x以及拖缆释放装置阻尼力F_d；分别对该四个不确定条件参数的可能范围进行网格划分；

步骤2、确定条件下的拖缆释放动力学过程：

首先，根据制导火箭云爆弹运动方程组得到惯性坐标系下制导火箭云爆弹位置三分量x_a,y_a,z_a和惯性坐标系下制导火箭云爆弹速度V的三分量V_ax,V_ay,V_az；

然后，建立放缆装置拖缆释放过程方程组：

其中，L_out表示放出拖缆长度；ω_gt表示拖缆释放装置转动角速度；R_gt表示拖缆释放装置半径；J_gt表示拖缆释放装置转动惯量；F_d表示拖缆释放装置等效阻尼力；T表示拖缆受力；

拖缆受力T按公式(2.a.2)计算；当前放出缆长L_out由公式(2.a.1)积分得到，d_af为二次起爆装置与制导火箭云爆弹的相对距离；

其中，E表示拖缆弹性模量；A表示拖缆横截面积；

最后，建立二次起爆装置质心运动方程：

其中，g表示重力加速度常数；m表示二次起爆装置质量；状态变量取为：惯性坐标系下，二次起爆装置质心速度分量三V_fx,V_fy,V_fz和三位置分量x_f,y_f,z_f；惯性坐标系下，二次起爆装置的质心速度大小为二次起爆装置与制导火箭云爆弹的相对位置分量分别为x_af＝x_f-x_a,y_af＝y_f-y_a,z_af＝z_f-z_a，得出二次起爆装置与制导火箭云爆弹的相对距离为/>空气阻力计算方法由(2.b.2)给出：

式中，X_A表示二次起爆装置空气阻力；S_ref表示二次起爆装置参考面积；C_x表示二次起爆装置阻力系数；ρ(H)表示与海拔高度H有关的空气密度函数；

步骤3、将步骤1中不确定条件参数四个物理量的取值进行遍历组合，得到4个不确定条件参数的组合；将每种组合代入步骤2中，采用4阶龙哥库塔数值积分方法，计算在每种参数组合下拖曳式二次起爆制导火箭云爆弹拖缆释放长度。

2.如权利要求1所述的一种拖曳式二次起爆云爆弹拖缆释放长度计算方法，其特征在于，所述步骤3中，判断各参数组合下的释放长度是否在缆长的设定值范围内，如果是，说明在上述不确定条件下，最佳云团形成时，二次起爆装置在云团内部起爆。