李元生,陈礼国

(中国船舶工业系统工程研究院,北京 100094)



舰炮一维弹道修正弹校射方法研究

李元生,陈礼国

(中国船舶工业系统工程研究院,北京 100094)

摘要:为提高舰炮使用一维弹道修正弹的作战效能,根据一维弹道修正弹射击工作原理,分析传统修正射击诸元方法无法适用于一维弹道修正弹的原因。将舰炮使用一维弹道修正弹校射分为射击诸元修正和目标位置修正2个方面,提出利用距离偏差修正目标位置参数进行校射的伪距校射新方法,并提出伪距修正量计算方式。分别对使用新方法前后的射击效能进行了数值仿真。结果表明:该方法能极大地提高舰炮武器系统的射击效能,对舰炮武器作战效能的提高具有较强的理论价值和一定的参考意义。

关键词:舰炮武器系统;一维弹道修正弹;射击校正;射击效能

一维弹道修正弹是利用阻力修正原理进行纵向距离修正以提高纵向密集度的一种弹药[1],通常采用底排减阻和火箭助推的方式实现增程,与传统无控弹药相比,具有远射程、高精度、高费效比的优点。舰炮武器系统使用一维弹道修正弹时,采用射击诸元粗略控制和修正指令驱动阻力环精确控制相结合的方式,实现对目标的精确打击,通过试射无控弹获取偏差仅修正发射诸元的传统舰炮武器系统校正方式[2]已难以适用于一维弹道修正弹。为了提高舰炮武器系统使用一维弹道修正弹对目标的作战效能,本文针对一维弹道修正弹的射击原理,提出利用距离偏差修正目标位置参数进行校射的舰炮武器系统伪距校射法。

1一维弹道修正弹射击工作原理

一维弹道修正弹使用“超越射击”的方式对目标实施打击,即在目标的基础上增加射程扩展量进行射击诸元和修正指令计算[3]。工作原理见图1,舰炮武器系统根据目标位置A、我舰位置、高空气象等条件确定射击诸元和超越瞄准距离AD,计算得到初始修正指令等参数,试射一维弹道修正弹前,完成对一维弹道修正弹编码、初始修正指令、初始开舱时间的装定。弹丸发射后跟踪雷达跟踪一段弹道(PQ),得到弹丸速度、位置数据,弹道指令解算模块根据该数据进行气动参数辨识并预测出弹丸落点D,将D与目标点A进行比较,即得到该弹丸的射程修正量,利用射程修正量求解阻力环机构的展开时间,即修正指令。雷达将此修正指令通过无线通信方式发送到弹上。弹载修正指令接收模块收到修正指令信号后,定时器按此指令(时间)控制引信中阻力环机构在规定时刻展开阻力环,使弹丸落于中心为A′且散布较小的一个椭圆Ⅱ内,实现打远修正。

图1　舰炮武器系统使用一维弹道修正弹的射击工作原理示意图

2舰炮武器系统一维弹道修正弹校射方法

一维弹道修正弹的方向未进行修正控制,通常认为方向误差特性未发生变化,因此方向上仍使用传统改变射击诸元的方式修正,本文仅研究新的距离校射方法。

对于传统制式弹药,采用“测量偏差法”、“测量距离方位法”等方法进行校射,通过改变射击诸元即调整舰炮的瞄准指向来修正射击偏差,但对于具有弹道(射程)修正能力的一维弹道修正弹来说有着本质的不同,如果按传统修正方法对射击诸元进行修正,这时弹药虽然按修正后的诸元发射出去,实际弹道较修正前靠近了基准弹道,但弹道指令解算与控制模块仍然是按已知的目标位置和发射诸元进行计算,预测弹道和解算弹道落点与目标的偏差,求取修正指令,进而对弹道实施修正控制。因为射击距离偏差减小了,求取的修正指令也相应变小了,即诸元减小的距离偏差又被弹道修正控制延迟打开阻力环抵消了,所以按传统方法校射将难以取得满意的射击效果,需对舰炮武器系统射击一维弹道修正弹药的距离校射方法进行研究。

图2　舰炮武器系统射击一维弹道修正弹药伪距校射法原理示意图

其中伪距修正量ΔD为

式中:N为试射发数;i为试射弹的序号;AA′为距离偏差。

3弹道模型

采用阻力环机构的一维弹道修正弹的弹道数学模型[4]为

控制方程为

式中:Fx2,Fy2,Fz2为作用在弹箭上的合力F在弹道坐标系Ox2y2z2中的投影;Mξ,Mη,Mζ为作用在弹箭质心处的合力矩M在弹轴坐标系Oξηζ中的投影,FD为阻力环机构张开后的扩增阻力;v为弹丸的飞行速度;θ1,ψ2,γ,φa,φ2分别为弹道倾角、速度方向偏角、自转角、高低摆动角和方向摆动角;ωξ,ωη,ωζ分别为高低摆动角速度、方向摆动角速度和自转角速度;x,y,z为弹丸空间坐标的3个分量,在地面弹道直角坐标系内描述了弹丸的运动学方程;Jx,Jy分别为极转动惯量和赤道转动惯量。式中符号所表示的具体意义参见文献[5～6]。

4仿真计算分析

为验证该校射方法的正确性和有效性,利用以上弹道模型分别对采用该方法校射和传统方法校射的射击精度进行对比计算。对某型舰炮武器系统发射一维弹道修正弹射击岸上固定目标进行仿真。

射击条件如下:

目标区域为150 m×100 m;

弹道参数精度为σR≤11 m,σε≤0.8 mrad,σβ≤0.8 mrad,|Δv|≤3 m/s，其中,σR,σε,σβ分别为跟踪雷达的距离随机误差、高低角随机误差和方位角随机误差，|Δv|为跟踪雷达的速度测量误差;

定位精度为10 m;

射弹数为30发。

射击方法:

传统校射法和伪距校射法均采用2组试射,每组3发,观测弹着落点的射击方案,两者的不同主要在于校射方程。传统校射法采用传统射击诸元修正后效力射,伪距校射法采用伪距修正后效力射。

射击航路:初始距离为30 066.6 m;

初始我舰舷角为-86.18°;

我舰航速为15节;

我舰航向为90°;

目标航速为0;

目标航向为180°;

航路捷径为30 000 m。

在以上航路条件下,在捷径处开火,采用Monte-Carlo法仿真10 000次。舰炮武器系统对30 km目标射击效能如下:

采用传统校射法单发命中概率为12.3%,命中发数为3.6发;

采用伪距校射法单发命中概率为20.1%,命中发数为6发。

通过仿真数据表明,使用伪距校射法后能够明显提高舰炮武器系统的命中概率。

5结束语

本文以一维弹道修正弹作战使用为研究对象,在分析一维弹道修正弹射击原理的基础上,提出利用伪距修正目标位置参数和修正射击诸元相结合的校射新方法,分析伪距校射法工作原理,并给出了伪距修正量的计算公式。仿真结果表明,伪距校射法相比传统校射方法能明显提高舰炮武器系统的命中概率,具有一定的理论参考和工程应用价值。

参考文献

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Study on Firing Correction Method of One-dimensional Trajectory Correction Projectile Fired by Naval Gun

LI Yuan-sheng,CHEN Li-guo

(Systems Engineering Research Institute of CSSC,Beijing 100094,China)

Abstract:In order to improve the firing effect of one-dimensional trajectory correction projectile(TCP)fired by naval gun,the reasons that the firing correction methods can not be applied to one-dimensionaTCP was analyzed according to the work principle of one-dimensional TCP.The firing correction methods of one-dimensional TCP was divided into shooting elements correction and target position correction.The new method that the distance deviation was used to correct target location parameters was proposed,and the pseudorange correction amount calculation way was put forward.The firing effect before and after applying the new method was numerically simulated.The simulation result shows that this model can greatly improve the firing effect of naval gun weapon system.The proposed method has a strong theoretical value and reference significance for improving the firing effect of naval gun weapon system.

Key words:naval gun weapon system;one dimension trajectory correction projectile;firing correction;firing effect

收稿日期:2016-03-12

作者简介:李元生(1976- ),男,高级工程师,硕士,研究方向为舰炮武器系统。E-mail:lys_1111@sina.com。

中图分类号:TJ412

文献标识码:A

文章编号:1004-499X(2016)02-0025-04