殷桐

摘 要：軍用飛機(jī)在執(zhí)行飛行任務(wù)中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)槿蝿?wù)需要將飛機(jī)外部掛載的武器或者油箱投放出去。但是受外部環(huán)境和外掛物自身性質(zhì)的影響，很容易發(fā)生投放過(guò)程中外掛物同機(jī)身相互碰撞的情況，嚴(yán)重影響飛機(jī)的正常飛行，所以，外掛物投放安全性問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)和研究重點(diǎn)。為了保證殲擊機(jī)投放武器外掛物的投放安全性，本文使用歐拉公式對(duì)外掛物的投放安全性分析方法進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：外掛物；投放安全性；滑翔彈；流場(chǎng)計(jì)算

飛行中的飛機(jī)投放外掛物經(jīng)常會(huì)在氣動(dòng)力的作用下出現(xiàn)外掛物碰撞機(jī)身的情況，因此需要對(duì)投放過(guò)程進(jìn)行試驗(yàn)分析，確定最佳的外掛物投放軌跡，保證飛機(jī)飛行安全。一般外掛物投放安全性研究方法包括飛行試驗(yàn)、風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬三種，其中飛行試驗(yàn)是最直接可以判斷投放安全性的方法，但是費(fèi)用高，安全系數(shù)小。風(fēng)洞試驗(yàn)是上世紀(jì)六十年代興起的一種模擬實(shí)驗(yàn)方法，具有費(fèi)用較低廉，安全系數(shù)高，試飛安全的特點(diǎn)，是常用的投放安全性試驗(yàn)方法。本文在風(fēng)洞試驗(yàn)的基礎(chǔ)上加入了仿真計(jì)算和投放試驗(yàn)，仿真計(jì)算提高風(fēng)洞試驗(yàn)的精確性，投放仿真彌補(bǔ)投放試驗(yàn)的不足，提高投放試驗(yàn)的安全性，提高工作效率。

1 歐拉方程求解

歐拉方程的積分形式為：

t∫ΩWdΩ+∫SF·ndS=0

中心有限體積離散

ddtW+R=0；式中：2R=QV，

Q的計(jì)算方法為：Q=∑k=kmaxk=1（F·nds）k

2 滑翔彈投放軌跡

為了使研究結(jié)果更具科學(xué)性和可靠性，筆者針對(duì)投放的滑翔彈建立兩個(gè)坐標(biāo)系來(lái)記錄其飛行軌跡。我們?cè)O(shè)地面坐標(biāo)系（X′，Y′，Z′），其原點(diǎn)G；第二個(gè)坐標(biāo)系設(shè)置為同滑翔彈固連的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系（X，Y，Z），原點(diǎn)為B。

滑翔彈在空中運(yùn)動(dòng)的軌跡也是通過(guò)該坐標(biāo)系的同地面固定坐標(biāo)系之間的歐拉角（ψ，θ，φ）表示。由于滑翔彈在空中處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，隨著其空中姿態(tài)的不同，歐拉角（ψ，θ，φ）也會(huì)隨時(shí)間的推移發(fā)生變化。我們找到了角速度和歐拉角之間的關(guān)系式：

dφdt=ωx+tanθωysinφ+ωzcosφ

dθdt=ωycosφ+ωzsinφ

dψdt=1COSθ（ωysinφ+ωzcosφ）

3 投放高度對(duì)投放安全性的影響

我們所有的數(shù)據(jù)分析均從滑翔彈彈射出機(jī)身，也就是投放開(kāi)始的那一刻為準(zhǔn)。

滑翔彈的俯仰角（θ）定義為，滑翔彈彈身軸線同載機(jī)機(jī)身軸線的夾角，同時(shí)規(guī)定以沿軸線方向抬頭為正；位移值（Y）定義為，滑翔彈重心在飛機(jī)對(duì)稱(chēng)面豎直方向的位移量；同時(shí)，滑翔彈的CTS投放試驗(yàn)狀態(tài)為：Ma=0.6、0.8、0.9，H=5km、8km。仿真計(jì)算狀態(tài)為：Ma=0.6、0.8、0.9；H=5km、8km、3km、13km。我們對(duì)投放高度對(duì)滑翔彈的投放安全性進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下圖所示：

從上圖中可以明顯看出，隨著投放高度的增加，滑翔彈受到的氣動(dòng)力降低，其俯仰角的震蕩周期增長(zhǎng)，滑翔彈能夠達(dá)到的最大正值也隨之增加，其達(dá)到所需要的時(shí)間也隨之推長(zhǎng)。

從上圖中可以看出，隨投放高度的增加，滑翔彈重心在X方向上的位移值減小，在Y方向上的位移值基本不變。

4 投放安全性分析

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，在投放初期，滑翔彈Y方向離飛機(jī)非常近，這時(shí)如果俯仰角為正值，滑翔彈同機(jī)身碰撞的機(jī)率就很大。所以，筆者建議，當(dāng)飛機(jī)處在較低速、高空飛行時(shí)，最好保證滑翔彈（投射物）俯仰角小于3°，此時(shí)，滑翔彈（投射物）在Y方向上的位移值約為1m，不會(huì)對(duì)飛機(jī)造成很大的威脅，只要滑翔彈（投射物）已經(jīng)離開(kāi)機(jī)身0.5s，那么其距離機(jī)身已經(jīng)有一個(gè)彈身長(zhǎng)度。因此，在Ma=0.6～0.9，H=3～13km的范圍內(nèi)，滑翔彈（投放物）可以安全投放。

5 結(jié)論

以上試驗(yàn)證明，投放仿真計(jì)算結(jié)合試驗(yàn)的分析方法實(shí)際可行，如果要保證武器外掛投放的安全性，需要保證投放物的俯仰角小于3°，其Ma=0.6～0.9，H=3～13km。

參考文獻(xiàn)：

[1]聶璐，向錦武.飛機(jī)外掛物投放安全性的參數(shù)影響分析[J].飛行力學(xué)，2011，29（2）：2528.

[2]車(chē)競(jìng)，唐碩，謝長(zhǎng)強(qiáng).空射導(dǎo)彈發(fā)射初始彈道數(shù)值仿真[J].空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào)，2006，24（2）：205208.