滑翔增程炮彈彈道仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)滑翔增程炮彈的空氣動(dòng)力特性和飛行彈道特性，通過對滑翔彈道的理論分析，采用控制鴨舵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)炮彈的增程。經(jīng)過仿真優(yōu)化可以得到最佳初始射角、助推發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳點(diǎn)火時(shí)間及作用時(shí)間、鴨舵的最佳展開時(shí)間以及控制系統(tǒng)進(jìn)行飛行姿態(tài)控制所需的最佳擺動(dòng)角曲線，理想情況下最優(yōu)滑翔控制模型可使射程達(dá)到不進(jìn)行滑翔控制時(shí)射程的!, ’ - % 倍，所得結(jié)果對滑翔彈丸的氣動(dòng)力設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：滑翔增程；炮彈；外彈道；仿真

世紀(jì)末所提出的遠(yuǎn)程精確打擊的戰(zhàn)術(shù)思想已經(jīng)形成廣泛的共識，在這一思想的指導(dǎo)下，世界各國都在研究各種增程技術(shù)，以提高炮彈的射程。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和高新技術(shù)在彈藥領(lǐng)域的應(yīng)用，以及作戰(zhàn)的需求，炮彈增程技術(shù)發(fā)展十分活躍?；鹋趶椝幊h(yuǎn)程、精確打擊重要軍事目標(biāo)是克敵制勝的重要對抗方式之一，超遠(yuǎn)程精確打擊將成為未來戰(zhàn)爭一種十分重要的形式。因此，增大炮彈射程、提高射擊精度成為目前各國彈藥發(fā)展的重要目標(biāo)。
從目前世界各國研究和發(fā)展的趨勢來看，實(shí)現(xiàn)炮彈增程的技術(shù)研究主要有控制滑翔增程技術(shù)、尾翼滑翔增程技術(shù)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)增程技術(shù)等。本文討論的滑翔增程是利用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)與鴨舵控制滑翔兩種增程技術(shù)來實(shí)現(xiàn)炮彈增程。其基本思想是：在普通炮彈后部裝上火箭助推發(fā)動(dòng)機(jī)，在彈丸與引信之間增設(shè)慣性制導(dǎo)滑翔增程裝置（或通過微型化設(shè)計(jì)將其控制模塊直接置于引信當(dāng)中）。通過合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使炮彈在以一定的初速發(fā)射后，在彈道的升弧段從某一最佳時(shí)刻發(fā)動(dòng)機(jī)開始點(diǎn)火工作，使炮彈獲得一個(gè)加速推力，從而提高飛行高度及飛行時(shí)間使炮彈射程增加。在彈丸飛行至彈道頂點(diǎn)附近時(shí)，慣性制導(dǎo)滑翔增程裝置的阻力環(huán)突然彈出，在彈道降弧段，當(dāng)彈丸縱軸與慣性陀螺轉(zhuǎn)子軸夾角增大到一定角度時(shí)，慣性陀螺傳感器便產(chǎn)生一個(gè)慣性定位指令，并以一種適當(dāng)方式驅(qū)動(dòng)鴨舵升力面，使彈丸產(chǎn)生向上的升力，且使該升力與炮彈自身的重力平衡，使彈丸以一定的舵偏角沿平直彈道滑翔飛行，從而增加了彈丸的射程。此滑翔增程技術(shù)在一般的發(fā)射條件下可以達(dá)到很好的增程效果，因此該技術(shù)應(yīng)有良好的發(fā)展前景。
滑翔彈道方程的建立
滑翔彈道與普通彈道相比，在升弧段二者是相似的，但在降弧段，由于控制力矩的存在，滑翔彈道比較平緩，而普通彈道則下降很快。由于滑翔彈道影響因素很多，如氣動(dòng)力、鴨舵、控制系統(tǒng)、風(fēng)偏及擾動(dòng)因素等，因此，研究起來很復(fù)雜。為了研究問題方便，先考慮較理想的情況，建立簡化剛體彈道模型，可先作一些基本假設(shè)：
（!）假設(shè)彈丸飛行軌跡是在縱向平面內(nèi)，不考慮風(fēng)的影響。
（%）不考慮彈丸自轉(zhuǎn)、滾轉(zhuǎn)，則尾翼導(dǎo)轉(zhuǎn)力矩、極阻尼力矩、馬格努斯力（力矩）、噴管導(dǎo)轉(zhuǎn)力矩均為零。