李元生

(中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院,北京　100094)

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艦炮一維彈道修正彈對岸校射方法研究

李元生

(中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院,北京100094)

一維彈道修正彈是近年來兵器領(lǐng)域新研制的一種低成本信息化彈藥,目前對其校射方法尚未有成熟的標(biāo)準(zhǔn)。為此,在分析一維彈道修正彈對岸射擊工作原理、計算有無控彈試射的基礎(chǔ)上,提出艦炮武器系統(tǒng)使用有控一維彈道修正彈的校射新方法,并確定了校射的組數(shù)和發(fā)數(shù)。分別對使用新方法前后的射擊效能進(jìn)行了數(shù)值仿真,結(jié)果表明本方法能極大地提高艦炮武器系統(tǒng)的射擊效能。所提方法對艦炮武器作戰(zhàn)效能的提高具有較強(qiáng)的理論價值和一定的參考意義。

艦炮武器系統(tǒng);一維彈道修正彈;射擊校正;射擊效能;對岸

一維彈道修正彈是一種利用阻力修正原理、采用阻力環(huán)進(jìn)行縱向距離修正以實現(xiàn)縱向密集度提高的彈藥[1],通常采用底排減阻和火箭助推的方式實現(xiàn)增程,與傳統(tǒng)無控彈藥相比,具有遠(yuǎn)射程、高精度、高效費比的優(yōu)點。但由于增程后的一維彈道修正彈對目標(biāo)攻擊時飛行時間長,且無末端精確制導(dǎo),因此主要適用于對陸上固定或慢速目標(biāo)進(jìn)行打擊。艦炮武器系統(tǒng)使用一維彈道修正彈時,采用射擊諸元粗略控制和修正指令驅(qū)動阻力環(huán)精確控制相結(jié)合的方式[2]實現(xiàn)對目標(biāo)的精確打擊,通過試射無控彈獲取偏差僅修正發(fā)射諸元的傳統(tǒng)艦炮武器系統(tǒng)校正方式已難以適用于一維彈道修正彈。為了提高艦炮武器系統(tǒng)使用一維彈道修正彈對岸上目標(biāo)的作戰(zhàn)效能,本文針對一維彈道修正彈的對岸射擊原理,提出一種對岸射擊校正的新方法。

1　一維彈道修正彈對岸射擊工作原理

一維彈道修正彈是使用“超越射擊”的方式對岸上目標(biāo)實施打擊,即在目標(biāo)的基礎(chǔ)上增加射程擴(kuò)展量進(jìn)行射擊諸元和修正指令計算[3]。原理如圖1所示,艦炮武器系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)位置A、我艦位置、高空氣象等條件確定火炮架位和超越瞄準(zhǔn)距離AD,計算得到火控諸元和初始修正指令等參數(shù),試射一維彈道修正彈前,完成對一維彈道修正彈編碼、初始修正指令、初始開艙時間的裝定。彈丸發(fā)射后跟蹤雷達(dá)跟蹤一段彈道(PQ),得到彈丸速度、位置數(shù)據(jù),彈道指令解算模塊根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行氣動參數(shù)辨識并預(yù)測出彈丸落點D,將D與目標(biāo)點A進(jìn)行比較,即得到該彈丸的射程修正量,利用射程修正量求解引信修正機(jī)構(gòu)的展開時間。雷達(dá)將此時間通過無線通信方式發(fā)送到彈上。彈載修正指令接收模塊收到修正時間指令信號后,定時器按此指令(時間)控制引信中阻力環(huán)機(jī)構(gòu)在規(guī)定時刻展開阻力環(huán),使彈丸落于中心為A′,散布較小的一個橢圓II內(nèi),通過修正AA′位置偏差,校射使彈丸準(zhǔn)確落于中心為A的一個橢圓I內(nèi),實現(xiàn)對目標(biāo)的精確打擊。

圖1　艦炮武器系統(tǒng)使用一維彈道修正彈對岸射擊工作原理示意圖

2　艦炮武器系統(tǒng)一維彈道修正彈對岸上目標(biāo)校射方法

傳統(tǒng)艦炮武器系統(tǒng)射擊誤差通常認(rèn)為由兩部分組成,即諸元誤差和散布誤差。諸元誤差是當(dāng)用同一諸元射擊時,不論發(fā)射多少發(fā)射彈都要重復(fù)的誤差,屬于艦炮武器系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差,這種誤差為可校正誤差。散布誤差是發(fā)射炮彈的任一彈著點(炸點)相對于散布中心(基準(zhǔn)彈道落點)的誤差,它反映了射擊的密集度,散布誤差是每發(fā)射彈都各自獨立的誤差,這種誤差為不可校正誤差,為隨機(jī)誤差。因此對于艦炮武器系統(tǒng),需要通過試射一定數(shù)量的彈藥,從而得到系統(tǒng)誤差。傳統(tǒng)艦炮武器系統(tǒng)的諸元誤差通過試射一定數(shù)量的無控常規(guī)彈藥采用校射的方式進(jìn)行修正。一維彈道修正彈也可以按照無控常規(guī)彈藥的方式進(jìn)行試射,但是無控一維彈道修正彈射擊距離遠(yuǎn)、散布大,需要試射足夠的彈數(shù)才能獲取實用的系統(tǒng)誤差。而有控一維彈道修正彈藥是依靠武器系統(tǒng)配備的艦載雷達(dá)測量彈道數(shù)據(jù),通過坐標(biāo)變換、彈道預(yù)測、偏差求取,實現(xiàn)彈道修正控制的信息化彈藥,在其彈道修正的過程中勢必對傳統(tǒng)理論中的一些系統(tǒng)控制誤差進(jìn)行了處理。如雷達(dá)測量誤差、本艦運動姿態(tài)引入的變換解算誤差、彈道氣象準(zhǔn)備誤差等,這些誤差如果不能從最終觀測的綜合誤差中準(zhǔn)確地分離,可能造成重復(fù)修正,當(dāng)然準(zhǔn)確修正也就無從談起。從誤差修正的角度看,上述誤差直接影響系統(tǒng)射擊精度,同時彈道修正減小距離散布提高了彈藥的密集度,但彈道修正也增加了射擊精度的不確定性,并且增加了系統(tǒng)校射的復(fù)雜性和難度。因此系統(tǒng)校射的關(guān)鍵是確認(rèn)使用無控彈校射還是使用有控彈校射,并確認(rèn)校射時試射的組數(shù)和發(fā)數(shù)。

2.1一維彈道修正彈數(shù)學(xué)模型

采用阻力環(huán)機(jī)構(gòu)的一維彈道修正彈的彈道數(shù)學(xué)模型為[4]:

(1)

控制方程為

(2)

式中，(Fx2,Fy2,Fz2)為作用在彈箭上的合力F在彈道坐標(biāo)系c-x2y2z2中的投影,(Mξ,Mη,Mζ)為作用在彈箭質(zhì)心處的合力矩M在彈軸坐標(biāo)系c-ξηζ中的投影,FD為阻力環(huán)機(jī)構(gòu)張開后的擴(kuò)增阻力,式(1)、(2)中符號所表示的意義參見文獻(xiàn)[5-6]。

2.2無控彈、有控彈試射彈數(shù)對偏差影響分析

本文以某型艦炮武器系統(tǒng)使用一維彈道修正彈為例,各誤差源取典型值,分別使用不同的彈藥數(shù)量作為試射用彈,測量落點偏差并求取縱向距離和橫向方位射概率誤差,根據(jù)一維彈道修正彈彈道模型式(1)、式(2),采用Monte-Carlo法進(jìn)行10000次仿真。影響散布精度誤差源的典型取值如表1所示。

表1　散布精度的主要誤差源表

試射用彈在典型距離上對無控和有控一維彈道修正彈縱向距離和橫向方位概率誤差影響見圖2和圖3。

圖2　不同彈數(shù)無控彈試射的概率誤差圖

圖3　不同彈數(shù)有控彈試射概率誤差圖

從圖2、圖3概率誤差變化趨勢可以發(fā)現(xiàn):方向概率誤差較距離概率誤差要小,射擊誤差隨試射發(fā)數(shù)的增加而減少,所以本文以誤差較大的距離試射效果為分析重點。

從圖2可以看出,由于目標(biāo)定位精度為10m,艦炮武器系統(tǒng)使用無控一維彈道修正彈如果想取得相對較為理想的射擊效果,需要7發(fā)左右的彈藥進(jìn)行試射,顯然這樣的試射耗彈量和試射時間(按某型彈藥12發(fā)/分鐘發(fā)射率,約35s)是難以接受的,會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用,同時配備無控一維彈道修正彈專門用于試射,也增加了裝備保障和艦上彈藥管理的難度,因此建議不使用無控一維彈道修正彈彈進(jìn)行試射。

從圖3可以看出,由于目標(biāo)定位精度為10m,艦炮武器系統(tǒng)使用有控一維彈道修正彈如果想取得相對較為理想的射擊效果,需要3發(fā)左右彈藥進(jìn)行試射。試射發(fā)射彈藥數(shù)量太小,修正量的誤差較大,發(fā)射彈藥數(shù)量增加,又將延長試射時間。為了保證修正量具有一定的準(zhǔn)確性,又不拖延試射時間,在試射中可考慮連續(xù)2組3發(fā)進(jìn)行試射。

3　仿真計算分析

為了驗證該校射方法的正確性和有效性,分別采用該方法校射和無校射進(jìn)行射擊精度對比計算分析。對某型艦炮武器系統(tǒng)發(fā)射有控一維彈道修正彈對岸上固定目標(biāo)射擊進(jìn)行仿真,一維彈道修正彈標(biāo)準(zhǔn)初速為930m/s,射擊條件為:

目標(biāo)區(qū)域:150m×100m;

彈道參數(shù)精度:σR≤11m、σε≤0.8mrad、σβ≤0.8mrad、|ΔV|≤3m/s;

定位精度:20m;

射彈數(shù):30發(fā);

射擊方法:

——直接效力射(無校射);

——2×3發(fā)試射,觀測彈著落點,修正后進(jìn)行效力射(有校射)。

采用Monte-Carlo法仿真10000次。艦炮武器系統(tǒng)對30km、40km射擊效果對比如表2所示。

表2　不校射和校射后射擊效果對比表

通過表2可以看出,艦炮武器系統(tǒng)使用有控一維彈道修正彈校射方法后能夠明顯提高艦炮武器系統(tǒng)的命中概率。

4　結(jié)束語

本文在分析一維彈道修正彈對岸射擊原理、無控和有控一維彈道修正彈對岸上目標(biāo)試射概率誤差的基礎(chǔ)上,提出利用有控一維彈道修正彈對岸上目標(biāo)進(jìn)行2組3發(fā)的校射新方法,并進(jìn)行數(shù)值仿真,結(jié)果表明該方法能明顯提高艦炮武器系統(tǒng)的命中概率,為一維彈道修正彈的射擊使用提供參考。

[1]王中原,史金光.一維彈道修正彈氣動布局與修正能力研究[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,32(3):333-336.

[2]汪德虎,譚周壽,王建明.艦炮射擊基礎(chǔ)理論[M].北京:海潮出版社,1998.

[3]陶陶,王海川.一維彈道修正彈阻力環(huán)修正控制算法研究[J].指揮控制與仿真,2009,31(3):88-90.

[4]史金光,王中原,曹小兵,等.一維彈道修正彈氣動力計算方法和射程修正量分析[J].火力與指揮控制,2010,35(7): 80-83.

[5]徐明友.火箭外彈道學(xué)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2004.

[6]王中原,丁松濱,王良明.彈道修正彈在脈沖力矩作用下的飛行穩(wěn)定性條件[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2000,24(4):322-325.

Firing Correction Method Against Shore of One dimension Trajectory Correction Projectile Fired by Naval Gun

LI Yuan-sheng

(Systems Engineering Research Institute of China State Shipbuilding Corporation,Beijing 100094,China)

One dimensional trajectory correction projectile is the weapon in the field of new research of a low cost information ammunition,at present the firing correction methods yet mature standard.Through the analysis of one dimension trajectory correction projectile to the against shore working principle,based on calculation of uncontrolled bomb and bomb control test,the paper puts forward the naval gun weapon system firing correction method by firing controlled one-dimensional trajectory correction projectile,and puts forward the shooting number of groups and group number.Then it is proved by simulation that this model can greatly improve the naval gun weapon system firing effect.The proposed method to improve the firing effect of naval gun weapon system has a strong theoretical value and

ignificance.

naval gun weapon system; one dimension trajectory correction projectile; firing correction; firing effect; against shore

1673-3819(2016)05-0116-03

2016-06-05

2016-06-13

李元生(1976-),男,湖南永順人,碩士,高級工程師,研究方向為艦炮武器系統(tǒng)。

TJ391；E924.91

ADOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.05.025