滑翔增程炮弹弹道仿真与优化设计

根据滑翔增程炮弹的空气动力特性和飞行弹道特性，通过对滑翔弹道的理论分析，采用控制鸭舵技术，实现炮弹的增程。经过仿真优化可以得到最佳初始射角、助推发动机的最佳点火时间及作用时间、鸭舵的最佳展开时间以及控制系统进行飞行姿态控制所需的最佳摆动角曲线，理想情况下最优滑翔控制模型可使射程达到不进行滑翔控制时射程的!, ’ - % 倍，所得结果对滑翔弹丸的气动力设计及控制系统设计具有一定的参考价值。
关键词：滑翔增程；炮弹；外弹道；仿真

世纪末所提出的远程精确打击的战术思想已经形成广泛的共识，在这一思想的指导下，世界各国都在研究各种增程技术，以提高炮弹的射程。随着现代科学技术的迅猛发展和高新技术在弹药领域的应用，以及作战的需求，炮弹增程技术发展十分活跃。火炮弹药超远程、精确打击重要军事目标是克敌制胜的重要对抗方式之一，超远程精确打击将成为未来战争一种十分重要的形式。因此，增大炮弹射程、提高射击精度成为目前各国弹药发展的重要目标。
从目前世界各国研究和发展的趋势来看，实现炮弹增程的技术研究主要有控制滑翔增程技术、尾翼滑翔增程技术、冲压发动机增程技术等。本文讨论的滑翔增程是利用火箭发动机与鸭舵控制滑翔两种增程技术来实现炮弹增程。其基本思想是：在普通炮弹后部装上火箭助推发动机，在弹丸与引信之间增设惯性制导滑翔增程装置（或通过微型化设计将其控制模块直接置于引信当中）。通过合理的优化设计，使炮弹在以一定的初速发射后，在弹道的升弧段从某一最佳时刻发动机开始点火工作，使炮弹获得一个加速推力，从而提高飞行高度及飞行时间使炮弹射程增加。在弹丸飞行至弹道顶点附近时，惯性制导滑翔增程装置的阻力环突然弹出，在弹道降弧段，当弹丸纵轴与惯性陀螺转子轴夹角增大到一定角度时，惯性陀螺传感器便产生一个惯性定位指令，并以一种适当方式驱动鸭舵升力面，使弹丸产生向上的升力，且使该升力与炮弹自身的重力平衡，使弹丸以一定的舵偏角沿平直弹道滑翔飞行，从而增加了弹丸的射程。此滑翔增程技术在一般的发射条件下可以达到很好的增程效果，因此该技术应有良好的发展前景。
滑翔弹道方程的建立
滑翔弹道与普通弹道相比，在升弧段二者是相似的，但在降弧段，由于控制力矩的存在，滑翔弹道比较平缓，而普通弹道则下降很快。由于滑翔弹道影响因素很多，如气动力、鸭舵、控制系统、风偏及扰动因素等，因此，研究起来很复杂。为了研究问题方便，先考虑较理想的情况，建立简化刚体弹道模型，可先作一些基本假设：
（!）假设弹丸飞行轨迹是在纵向平面内，不考虑风的影响。
（%）不考虑弹丸自转、滚转，则尾翼导转力矩、极阻尼力矩、马格努斯力（力矩）、喷管导转力矩均为零。