转管航炮射击修正研究

齐晓林，孟新强，李 宁，陈斌彬

(1.空军工程大学 航空航天工程学院，陕西 西安 710038；2.94040部队56分队，新疆 库尔勒 841000；3.94831部队57分队，浙江 衢州 324001；4.95275部队，广西 柳州 545005)

作战飞机速度和机动性的提高使可供航炮一次瞄准射击的时间越来越短。因此要求航炮有较高的射速，以便在短时间内能发射更多的弹丸，提高对空中高速目标的命中和毁伤概率。多管旋转式航炮具有射速高、射速可调的特点，能够满足未来空中作战对航炮武器的要求[1]。由于炮管旋转会影响武器的射击性能，因此必须加以修正。

1 炮管旋转对射击的影响

炮管高速旋转，对射击影响如下：

1)初速的大小和方向的改变。

2)弹轴运动起始条件的改变，因而造成射击方向的改变。

1.1 对速度大小和方向的影响

设有一环状排列6管炮如图1所示。

炮管长为L，炮口中心圆直径为d2，炮管转速为n(r/min)或ω(rad/s )，即：

(1)

当弹丸出炮口时，由于炮管的旋转而产生切向速度：

(2)

(3)

式(3)后一部分，由二项式展开取前二项而得。因为vt/v01仅为1/100的数量级，其后各项均可略去。

(4)

如仍取前面所给数据，方向改变为：

ψ*=0.3°=18′

可见，方向改变应加以修正。

1.2 由旋转产生的弹轴运动起始条件及其影响

当弹丸出炮口时，由于惯性，弹轴仍沿炮管轴线的方向，而初速矢量则在炮轴切面内偏向旋转方向ψ*角。因此在弹丸出炮口瞬间形成起始章动角δ0=vt/v01=ψ*，而其方位角用起始进动角υ0表示。这样形成一个弹轴运动的起始条件[2]：

(5)

式(5)称为第一起始条件。

由于第一起始条件产生的平均偏角(其位相超过Δ0的平面90°)为：

(6)

式中：μ为质量分布系数；d为弹丸直径；n为炮管转速；d2为炮口处炮管中心圆直径；η为膛线缠度；h*为实测的弹丸阻心到质心间的距离。

惯性离心力矩：

(7)

惯性科氏力矩：

(8)

在半约束期(tb=lb/v0，lb为上定心部至弹带距离)内，在翻转力矩MF和该二惯性力矩作用下，形成弹轴运动的另一个起始条件[2]：

(9)

式(9)称为第二起始条件。

(10)

由于第二起始条件产生的平均偏角为：

(11)

或者：

(12)

1.3 算例

即由于第二起始条件，平均射向向转轴中心偏0.07′，向逆转向偏0.09′。

高速旋转对美制20 mm环状排列六管炮产生的综合影响：

解：1)对初速的影响：

1 376.4 m/s

初速增大0.4 m/s，可忽略不计。

2)对射击方向的影响：

①沿转轴径向向外偏离角度：

②沿旋转切向偏离角度：

2 转管航炮射向修正仿真示例

在航炮射击外弹道仿真模型基础上，用MATLAB编写航炮射击程序模拟美制20 mm六管航炮对空中目标射击，并利用1.3算例的计算结果对航炮射向进行修正，目标区域为10 m×5 m[3-5]。修正射向前后射击初始条件如表1所示。修正射向前和修正射向后外弹道仿真及弹丸散布分别如图2和图3所示。

表1 修正射向前后射击初始条件

对比图2和图3的仿真结果可以看出，在模拟美制20 mm六管航炮对空中目标射击时，按照1.3算例的计算结果对射向作3.8 mrad 的修正之后，航炮命中概率有了较为明显的提高。

3 结束语

本文研究炮管高速旋转对转管航炮射击品质的影响，主要分析炮管旋转对弹丸初速和方向的影响以及弹轴运动起始条件的改变对射击方向的影响并得出其修正方法。在MATLAB编写的外弹道计算程序和利用SIMULINK建立的转管航炮外弹道仿真模型的基础上，以美制6管航炮为例，给出了修正射向前后模拟航炮射击的弹道仿真和弹着点散布示例，验证了射向修正的有效性。

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