舰炮一维弹道修正弹对岸校射方法研究

李元生

(中国船舶工业系统工程研究院,北京　100094)



舰炮一维弹道修正弹对岸校射方法研究

李元生

(中国船舶工业系统工程研究院,北京100094)

一维弹道修正弹是近年来兵器领域新研制的一种低成本信息化弹药,目前对其校射方法尚未有成熟的标准。为此,在分析一维弹道修正弹对岸射击工作原理、计算有无控弹试射的基础上,提出舰炮武器系统使用有控一维弹道修正弹的校射新方法,并确定了校射的组数和发数。分别对使用新方法前后的射击效能进行了数值仿真,结果表明本方法能极大地提高舰炮武器系统的射击效能。所提方法对舰炮武器作战效能的提高具有较强的理论价值和一定的参考意义。

舰炮武器系统;一维弹道修正弹;射击校正;射击效能;对岸

一维弹道修正弹是一种利用阻力修正原理、采用阻力环进行纵向距离修正以实现纵向密集度提高的弹药[1],通常采用底排减阻和火箭助推的方式实现增程,与传统无控弹药相比,具有远射程、高精度、高效费比的优点。但由于增程后的一维弹道修正弹对目标攻击时飞行时间长,且无末端精确制导,因此主要适用于对陆上固定或慢速目标进行打击。舰炮武器系统使用一维弹道修正弹时,采用射击诸元粗略控制和修正指令驱动阻力环精确控制相结合的方式[2]实现对目标的精确打击,通过试射无控弹获取偏差仅修正发射诸元的传统舰炮武器系统校正方式已难以适用于一维弹道修正弹。为了提高舰炮武器系统使用一维弹道修正弹对岸上目标的作战效能,本文针对一维弹道修正弹的对岸射击原理,提出一种对岸射击校正的新方法。

1　一维弹道修正弹对岸射击工作原理

一维弹道修正弹是使用“超越射击”的方式对岸上目标实施打击,即在目标的基础上增加射程扩展量进行射击诸元和修正指令计算[3]。原理如图1所示,舰炮武器系统根据目标位置A、我舰位置、高空气象等条件确定火炮架位和超越瞄准距离AD,计算得到火控诸元和初始修正指令等参数,试射一维弹道修正弹前,完成对一维弹道修正弹编码、初始修正指令、初始开舱时间的装定。弹丸发射后跟踪雷达跟踪一段弹道(PQ),得到弹丸速度、位置数据,弹道指令解算模块根据该数据进行气动参数辨识并预测出弹丸落点D,将D与目标点A进行比较,即得到该弹丸的射程修正量,利用射程修正量求解引信修正机构的展开时间。雷达将此时间通过无线通信方式发送到弹上。弹载修正指令接收模块收到修正时间指令信号后,定时器按此指令(时间)控制引信中阻力环机构在规定时刻展开阻力环,使弹丸落于中心为A′,散布较小的一个椭圆II内,通过修正AA′位置偏差,校射使弹丸准确落于中心为A的一个椭圆I内,实现对目标的精确打击。

图1　舰炮武器系统使用一维弹道修正弹对岸射击工作原理示意图

2　舰炮武器系统一维弹道修正弹对岸上目标校射方法

传统舰炮武器系统射击误差通常认为由两部分组成,即诸元误差和散布误差。诸元误差是当用同一诸元射击时,不论发射多少发射弹都要重复的误差,属于舰炮武器系统的系统误差,这种误差为可校正误差。散布误差是发射炮弹的任一弹着点(炸点)相对于散布中心(基准弹道落点)的误差,它反映了射击的密集度,散布误差是每发射弹都各自独立的误差,这种误差为不可校正误差,为随机误差。因此对于舰炮武器系统,需要通过试射一定数量的弹药,从而得到系统误差。传统舰炮武器系统的诸元误差通过试射一定数量的无控常规弹药采用校射的方式进行修正。一维弹道修正弹也可以按照无控常规弹药的方式进行试射,但是无控一维弹道修正弹射击距离远、散布大,需要试射足够的弹数才能获取实用的系统误差。而有控一维弹道修正弹药是依靠武器系统配备的舰载雷达测量弹道数据,通过坐标变换、弹道预测、偏差求取,实现弹道修正控制的信息化弹药,在其弹道修正的过程中势必对传统理论中的一些系统控制误差进行了处理。如雷达测量误差、本舰运动姿态引入的变换解算误差、弹道气象准备误差等,这些误差如果不能从最终观测的综合误差中准确地分离,可能造成重复修正,当然准确修正也就无从谈起。从误差修正的角度看,上述误差直接影响系统射击精度,同时弹道修正减小距离散布提高了弹药的密集度,但弹道修正也增加了射击精度的不确定性,并且增加了系统校射的复杂性和难度。因此系统校射的关键是确认使用无控弹校射还是使用有控弹校射,并确认校射时试射的组数和发数。

2.1一维弹道修正弹数学模型

采用阻力环机构的一维弹道修正弹的弹道数学模型为[4]:

(1)

控制方程为

(2)

式中，(Fx2,Fy2,Fz2)为作用在弹箭上的合力F在弹道坐标系c-x2y2z2中的投影,(Mξ,Mη,Mζ)为作用在弹箭质心处的合力矩M在弹轴坐标系c-ξηζ中的投影,FD为阻力环机构张开后的扩增阻力,式(1)、(2)中符号所表示的意义参见文献[5-6]。

2.2无控弹、有控弹试射弹数对偏差影响分析

本文以某型舰炮武器系统使用一维弹道修正弹为例,各误差源取典型值,分别使用不同的弹药数量作为试射用弹,测量落点偏差并求取纵向距离和横向方位射概率误差,根据一维弹道修正弹弹道模型式(1)、式(2),采用Monte-Carlo法进行10000次仿真。影响散布精度误差源的典型取值如表1所示。

表1　散布精度的主要误差源表

试射用弹在典型距离上对无控和有控一维弹道修正弹纵向距离和横向方位概率误差影响见图2和图3。

图2　不同弹数无控弹试射的概率误差图

图3　不同弹数有控弹试射概率误差图

从图2、图3概率误差变化趋势可以发现:方向概率误差较距离概率误差要小,射击误差随试射发数的增加而减少,所以本文以误差较大的距离试射效果为分析重点。

从图2可以看出,由于目标定位精度为10m,舰炮武器系统使用无控一维弹道修正弹如果想取得相对较为理想的射击效果,需要7发左右的弹药进行试射,显然这样的试射耗弹量和试射时间(按某型弹药12发/分钟发射率,约35s)是难以接受的,会严重影响系统的作战使用,同时配备无控一维弹道修正弹专门用于试射,也增加了装备保障和舰上弹药管理的难度,因此建议不使用无控一维弹道修正弹弹进行试射。

从图3可以看出,由于目标定位精度为10m,舰炮武器系统使用有控一维弹道修正弹如果想取得相对较为理想的射击效果,需要3发左右弹药进行试射。试射发射弹药数量太小,修正量的误差较大,发射弹药数量增加,又将延长试射时间。为了保证修正量具有一定的准确性,又不拖延试射时间,在试射中可考虑连续2组3发进行试射。

3　仿真计算分析

为了验证该校射方法的正确性和有效性,分别采用该方法校射和无校射进行射击精度对比计算分析。对某型舰炮武器系统发射有控一维弹道修正弹对岸上固定目标射击进行仿真,一维弹道修正弹标准初速为930m/s,射击条件为:

目标区域:150m×100m;

弹道参数精度:σR≤11m、σε≤0.8mrad、σβ≤0.8mrad、|ΔV|≤3m/s;

定位精度:20m;

射弹数:30发;

射击方法:

——直接效力射(无校射);

——2×3发试射,观测弹着落点,修正后进行效力射(有校射)。

采用Monte-Carlo法仿真10000次。舰炮武器系统对30km、40km射击效果对比如表2所示。

表2　不校射和校射后射击效果对比表

通过表2可以看出,舰炮武器系统使用有控一维弹道修正弹校射方法后能够明显提高舰炮武器系统的命中概率。

4　结束语

本文在分析一维弹道修正弹对岸射击原理、无控和有控一维弹道修正弹对岸上目标试射概率误差的基础上,提出利用有控一维弹道修正弹对岸上目标进行2组3发的校射新方法,并进行数值仿真,结果表明该方法能明显提高舰炮武器系统的命中概率,为一维弹道修正弹的射击使用提供参考。

[1]王中原,史金光.一维弹道修正弹气动布局与修正能力研究[J].南京理工大学学报(自然科学版),2008,32(3):333-336.

[2]汪德虎,谭周寿,王建明.舰炮射击基础理论[M].北京:海潮出版社,1998.

[3]陶陶,王海川.一维弹道修正弹阻力环修正控制算法研究[J].指挥控制与仿真,2009,31(3):88-90.

[4]史金光,王中原,曹小兵,等.一维弹道修正弹气动力计算方法和射程修正量分析[J].火力与指挥控制,2010,35(7): 80-83.

[5]徐明友.火箭外弹道学[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2004.

[6]王中原,丁松滨,王良明.弹道修正弹在脉冲力矩作用下的飞行稳定性条件[J].南京理工大学学报(自然科学版),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,湖南永顺人,硕士,高级工程师,研究方向为舰炮武器系统。

TJ391；E924.91

ADOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.05.025