齊曉林，孟新強(qiáng)，李 寧，陳斌彬

(1.空軍工程大學(xué) 航空航天工程學(xué)院，陜西 西安 710038；2.94040部隊56分隊，新疆 庫爾勒 841000；3.94831部隊57分隊，浙江 衢州 324001；4.95275部隊，廣西 柳州 545005)

作戰(zhàn)飛機(jī)速度和機(jī)動性的提高使可供航炮一次瞄準(zhǔn)射擊的時間越來越短。因此要求航炮有較高的射速，以便在短時間內(nèi)能發(fā)射更多的彈丸，提高對空中高速目標(biāo)的命中和毀傷概率。多管旋轉(zhuǎn)式航炮具有射速高、射速可調(diào)的特點，能夠滿足未來空中作戰(zhàn)對航炮武器的要求[1]。由于炮管旋轉(zhuǎn)會影響武器的射擊性能，因此必須加以修正。

1 炮管旋轉(zhuǎn)對射擊的影響

炮管高速旋轉(zhuǎn)，對射擊影響如下：

1)初速的大小和方向的改變。

2)彈軸運動起始條件的改變，因而造成射擊方向的改變。

1.1 對速度大小和方向的影響

設(shè)有一環(huán)狀排列6管炮如圖1所示。

炮管長為L，炮口中心圓直徑為d2，炮管轉(zhuǎn)速為n(r/min)或ω(rad/s )，即：

(1)

當(dāng)彈丸出炮口時，由于炮管的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生切向速度：

(2)

(3)

式(3)后一部分，由二項式展開取前二項而得。因為vt/v01僅為1/100的數(shù)量級，其后各項均可略去。

(4)

如仍取前面所給數(shù)據(jù)，方向改變?yōu)椋?/p>

ψ*=0.3°=18′

可見，方向改變應(yīng)加以修正。

1.2 由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的彈軸運動起始條件及其影響

當(dāng)彈丸出炮口時，由于慣性，彈軸仍沿炮管軸線的方向，而初速矢量則在炮軸切面內(nèi)偏向旋轉(zhuǎn)方向ψ*角。因此在彈丸出炮口瞬間形成起始章動角δ0=vt/v01=ψ*，而其方位角用起始進(jìn)動角υ0表示。這樣形成一個彈軸運動的起始條件[2]：

(5)

式(5)稱為第一起始條件。

由于第一起始條件產(chǎn)生的平均偏角(其位相超過Δ0的平面90°)為：

(6)

式中：μ為質(zhì)量分布系數(shù)；d為彈丸直徑；n為炮管轉(zhuǎn)速；d2為炮口處炮管中心圓直徑；η為膛線纏度；h*為實測的彈丸阻心到質(zhì)心間的距離。

慣性離心力矩：

(7)

慣性科氏力矩：

(8)

在半約束期(tb=lb/v0，lb為上定心部至彈帶距離)內(nèi)，在翻轉(zhuǎn)力矩MF和該二慣性力矩作用下，形成彈軸運動的另一個起始條件[2]：

(9)

式(9)稱為第二起始條件。

(10)

由于第二起始條件產(chǎn)生的平均偏角為：

(11)

或者：

(12)

1.3 算例

即由于第二起始條件，平均射向向轉(zhuǎn)軸中心偏0.07′，向逆轉(zhuǎn)向偏0.09′。

高速旋轉(zhuǎn)對美制20 mm環(huán)狀排列六管炮產(chǎn)生的綜合影響：

解：1)對初速的影響：

1 376.4 m/s

初速增大0.4 m/s，可忽略不計。

2)對射擊方向的影響：

①沿轉(zhuǎn)軸徑向向外偏離角度：

②沿旋轉(zhuǎn)切向偏離角度：

2 轉(zhuǎn)管航炮射向修正仿真示例

在航炮射擊外彈道仿真模型基礎(chǔ)上，用MATLAB編寫航炮射擊程序模擬美制20 mm六管航炮對空中目標(biāo)射擊，并利用1.3算例的計算結(jié)果對航炮射向進(jìn)行修正，目標(biāo)區(qū)域為10 m×5 m[3-5]。修正射向前后射擊初始條件如表1所示。修正射向前和修正射向后外彈道仿真及彈丸散布分別如圖2和圖3所示。

表1 修正射向前后射擊初始條件

對比圖2和圖3的仿真結(jié)果可以看出，在模擬美制20 mm六管航炮對空中目標(biāo)射擊時，按照1.3算例的計算結(jié)果對射向作3.8 mrad 的修正之后，航炮命中概率有了較為明顯的提高。

3 結(jié)束語

本文研究炮管高速旋轉(zhuǎn)對轉(zhuǎn)管航炮射擊品質(zhì)的影響，主要分析炮管旋轉(zhuǎn)對彈丸初速和方向的影響以及彈軸運動起始條件的改變對射擊方向的影響并得出其修正方法。在MATLAB編寫的外彈道計算程序和利用SIMULINK建立的轉(zhuǎn)管航炮外彈道仿真模型的基礎(chǔ)上，以美制6管航炮為例，給出了修正射向前后模擬航炮射擊的彈道仿真和彈著點散布示例，驗證了射向修正的有效性。

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