梁 卓，劉 娟，潘彥鵬，陳旭東，周國峰

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空速投放的機(jī)載飛行器初始地速和姿態(tài)確定方法

梁 卓，劉 娟，潘彥鵬，陳旭東，周國峰

（中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

對于空速投放的機(jī)載飛行器，一方面由于彈道設(shè)計(jì)采用的模型基于地速，需將載機(jī)給出的投放初始空速轉(zhuǎn)換成初始地速；另一方面，載機(jī)投放飛行器時(shí)要保持穩(wěn)定平飛，遇到側(cè)風(fēng)干擾時(shí)，需進(jìn)行偏流角修正，以保證載機(jī)沿著理論航跡線飛行。根據(jù)空速投放的機(jī)載飛行器特點(diǎn)，從載機(jī)速度、姿態(tài)的定義出發(fā)，基于側(cè)風(fēng)干擾下的載機(jī)偏流角修正思想，推導(dǎo)并建立投放時(shí)刻飛行器初始地速和姿態(tài)的計(jì)算模型。該模型具有簡單實(shí)用、便于工程實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于機(jī)載飛行器的投放初始參數(shù)解算。

空速投放；機(jī)載飛行器；偏流角修正；初始地速和姿態(tài)

0 引 言

機(jī)載飛行器只有進(jìn)入投彈窗口時(shí)，才允許發(fā)射，投彈窗口主要由載機(jī)的投放速度、投放姿態(tài)及投放區(qū)域構(gòu)成。投彈相關(guān)參數(shù)是飛行器離架自主飛行的初始條件，其中投放速度通常包括空速投放和地速投放兩種形式[1~3]，投彈區(qū)域一般是關(guān)于投放速度和投放高度的函數(shù)。投放初始姿態(tài)信息一部分可由載機(jī)導(dǎo)航數(shù)據(jù)直接獲取，另一部分信息需要計(jì)算得到。目前，對于機(jī)載飛行器，可查閱的關(guān)于投彈窗口相關(guān)的文獻(xiàn)主要集中介紹了不同類型飛行器投放窗口覆蓋區(qū)域的計(jì)算方法建模及其對窗口范圍的影響因素分析，而對投放瞬間初始參數(shù)的確定方法尚無系統(tǒng)介紹。

本文主要針對空速投放的機(jī)載飛行器特點(diǎn)，從載機(jī)速度、姿態(tài)的定義出發(fā)，基于側(cè)風(fēng)干擾下載機(jī)偏流角修正思路，推導(dǎo)并建立了投放時(shí)刻飛行器初始地速和姿態(tài)的計(jì)算模型，可為基于空速投放的機(jī)載飛行器發(fā)射初始參數(shù)的解算提供依據(jù)。

1 載機(jī)相關(guān)參數(shù)定義

1.1 載機(jī)速度的定義

載機(jī)速度主要包括真空速和地速兩種形式。真空速是載機(jī)相對氣流的運(yùn)動速度，地速是載機(jī)相對地面的運(yùn)動速度。真空速、地速和風(fēng)速之間構(gòu)成矢量三角形。

1.2 載機(jī)坐標(biāo)系定義

2 載機(jī)偏流角修正方法

載機(jī)在空中飛行時(shí)，不可避免地存在風(fēng)干擾，在側(cè)風(fēng)條件下，如果不進(jìn)行修正，載機(jī)將隨風(fēng)漂移，產(chǎn)生偏流角（即地速與空速之間的夾角），導(dǎo)致地速矢量方向偏離目標(biāo)航跡。因此，載機(jī)在側(cè)風(fēng)中飛行，為保持沿著理論航跡飛行，需對偏流進(jìn)行修正。偏流修正方法是通過操縱載機(jī)向側(cè)風(fēng)方向改變一個(gè)航向角，航向角大小與偏流角大小相同，確保載機(jī)機(jī)軸指向與真空速在水平面內(nèi)的投影方向一致[6]。

3 初始地速和姿態(tài)的計(jì)算方法

3.1 初始地速計(jì)算

圖1 真空速、地速和風(fēng)速在水平面內(nèi)的幾何關(guān)系

（1）

根據(jù)圖1中的幾何關(guān)系可以推導(dǎo)出如下公式：

若已知真空速和風(fēng)速，求地速，計(jì)算方法如下：

由余弦定理得：

（4）

3.2 初始姿態(tài)計(jì)算

計(jì)算實(shí)際航跡角與理論航跡角時(shí)，將地球視為不旋轉(zhuǎn)圓球體考慮，采用球面三角計(jì)算公式進(jìn)行射擊方位角及射程角的計(jì)算。計(jì)算方法如下：

實(shí)際航跡角：

理論航跡角：

（6）

4 結(jié)束語

本文針對空速投放的機(jī)載飛行器特點(diǎn)，從載機(jī)速度、姿態(tài)的定義出發(fā)，基于側(cè)風(fēng)干擾下載機(jī)偏流角修正思路，推導(dǎo)并建立了投放時(shí)刻飛行器初始地速和姿態(tài)的計(jì)算模型。該模型簡單實(shí)用，易于工程應(yīng)用，為空速投放的各類機(jī)載飛行器發(fā)射初始參數(shù)的確定提供了有效方法。

[1] 梁卓, 管雪元, 孫瑞勝, 等. 基于復(fù)合制導(dǎo)律的“慣性/衛(wèi)星”制導(dǎo)炸彈投放域計(jì)算[J]. 彈道學(xué)報(bào), 2007, 19(3): 27-30.

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[6] 匡江紅, 王秉良, 呂鴻雁. 飛機(jī)飛行力學(xué)[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2012.

A Researching Method on Calibrating Initial Speed and Attitude for Airborne Vehicles Launched with Air-Speed

Liang Zhuo, Liu Juan, Pan Yan-peng, Chen Xu-dong, Zhou Guo-feng

(China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076)

For the airborne vehicles launched with air-Speed, on one hand, its trajectory simulation model is based on speed, so initial speed is derived from the initial air-speed. On the other hand, airborne vehicles should be launched under the state of steady level flight, thus the drift angle is needed to be modified against side wind disturbance in order to keep trajectories, Considering the characteristics of airborne vehicles launched with air-Speed, on the basis of definitions of plane’s speed and attitude, a mathematic model of calculating initial speed and attitude are established. Furthermore, it is simple and practical, so it could be commendably applied in the engineering field for its perspective value.

Air-speed launching; Airborne vehicles; Drift angle adjustment; Initial speed and attitude

1004-7182(2016)02-0059-03

10.7654/j.issn.1004-7182.20160213

V249.121

A

2014-12-01；

2015-01-05

梁 卓（1982-），男，高級工程師，主要研究方向?yàn)閷?dǎo)航、制導(dǎo)與控制技術(shù)及仿真