坦克底盘角振动对火炮射击精度影响机理研究*

汪国胜，肖　洁，赵韬硕，魏来生

（中国北方车辆研究所，北京　100072）



坦克底盘角振动对火炮射击精度影响机理研究*

汪国胜，肖洁，赵韬硕，魏来生

（中国北方车辆研究所，北京100072）

摘要：实车试验表明，在行进间射击试验时，当车辆超过一定车速（行进间射击车速）时，射击精度或射击命中率会发生大幅度的下降。针对这个问题，建立了坦克底盘角振动导致的射击偏差的数学模型；并结合实车试验数据，对射击延迟时间内底盘角振动造成的火炮射击偏差进行了全面分析。分析研究表明:在相同的行驶车速条件下，车辆底盘角速度、姿态角变化量随着射击延迟时间的增大而增大；在相同的射击延迟时间内，车辆底盘角速度、姿态角变化量与射角偏差随着行驶车速的增大而增大；其中射角偏差引起的目标距离偏差是弹丸横向速度导致的目标距离偏差的3倍～5倍。因此，随着行驶车速增加而增加的射角偏差增大是行进间射击车速受限的主要原因。

关键词：坦克装甲底盘，射击延迟时间，行进间射击车速，火炮射击精度

0　引言

为了提高射击精度，坦克武器系统大多装备了稳像式坦克火控系统。稳像式坦克火控系统采用了瞄准镜双向独立稳定并使火线在方位向和高低向分别随动于瞄准线的方案［1］。在稳像式坦克火控系统中，火炮能否击发，除要受到炮长射击按钮所产生的击发信号控制外，还要受到射击门所产生的击发信号的制约并受射击延迟时间Δt的影响［2-4］。在行进间射击试验时，当车辆超过一定车速（行进间射击车速）时，射击命中率与炮弹散布会发生大幅度的下降。试验表明：射击偏差除跟路面起伏程度相关，还跟射击延迟时间与车速直接相关。本文结合实车试验数据，对这个问题进行了深入研究与具体分析，从瞬态与随机的角度揭示了底盘角振动对行进间射击车速的影响机理。

1　基本假设

在进行具体分析之前，需要对相关问题作出假设:

图1　发射延迟时间内车姿态变化示意图

①如图1所示，运动坐标系OX1Y1Z1固定于车辆质心，OX1对应车首方向，OY1对应车辆右侧方向，OZ1对应车高垂直向上方向；固定坐标系0ξηζ固定于地球上某一点，在初始时刻其坐标轴方向跟OX1Y1Z1重合；

②在初始时刻，偏航角为0°，目标位于车辆一侧位置（如图1中A1位置，车左侧），当火炮瞄准装定射击诸元后，炮管对应的射击方向矢量?，对应的目标

角为（α1，β1），其中α1为高低角，β1为方位角；③由于火炮转动惯量大，炮控驱动系统驱动能力有限且炮控系统频响低，所以在射击延迟时间内，可

忽略炮控系统的补偿作用；④由于发射时间很短，忽略车辆在位置上的变化。相对于

火炮击发时刻，火炮发射时，由于车辆底盘角振动的影响，火炮在侧倾、俯仰、偏航3个角度方向均发生了偏移，其在侧倾、俯仰、偏航3个方向对应的偏移角度量为θx=0，θy≠0，θz≠0，此时，车辆位置目标A2处，炮管对应的射击方向矢量变化为应的射角为（α2，β2）；

2由底盘角振动造成的射角偏差模型

根据运动坐标系与固定坐标系坐标旋转关系，车辆在侧倾、纵倾、偏航3个方向分别旋转θx，θy，θz后，其对应的射击方向矢量OP用下式表示：

式中，H为坐标转换矩阵［5］，

根据图1所示的几何矢量关系，由于路面的起伏不平，在发射延迟时间Δt内，火炮对应的高低角与方位角变为:

此时，火炮发射时刻相对击发时刻的射角变化量（Δα，Δβ）为:

3车辆底盘角振动跟车速与射击延迟时间的关系

为从瞬态上考察底盘角振动对射击精度的影响，在某靶道上对某样车随机振进行了测试，对整个行驶过程中车辆底盘角速度（ωx，ωy，ωz）及射击延迟时间内的底盘姿态角（θx，θy，θz）变化进行了统计分析（具体见表1），车辆底盘侧倾、俯仰、偏航3个方向上射击延迟时间内的底盘角度变化值可通过角速度求积分得，如X向底盘角度变化值可由下式求得：

表1　坦克底盘角振动数据统计表

从表1中看到，在相同的车速条件下，车辆底盘角速度及姿态角变化量随着射击延迟时间的增大而增大；在相同的射击延迟时间内，车辆底盘姿态角变化量随着行驶车速的增大而增大。

4车辆底盘角振动造成的射击偏差

相关研究表明，车辆底盘角振动引起的射击偏差主要表现在两个方面［4］，一是射角偏差直接引起的目标距离偏差，另一个是角速度在炮口引起的弹丸横向速度导致的目标距离偏差，以下对这两个方面造成的射击偏差分别进行分析。

4.1射角偏差直接引起的目标距离偏差

射角偏差引起的目标距离偏差通过下式计算得到：

为考察不同速度下的车辆底盘角振动对射击精度的影响，以某型炮弹最大有效直瞄射程D= 2 000 m为例，计算其对应的高低角偏差与方位角偏差。经测试，该型试验样车发射该型炮弹的射击延迟时间约为Δt=12 ms，查该试验样车发射该型炮弹的射表，可得对应最大有效直瞄射程D=2 000 m的高低角为3.15 mil，方位角按实战情况确定为β1=-90°～+90°。把上述参数与不同车速下的底盘姿态角变化量代入式（4），得到不同车速下的高低角偏差与方位角偏差，具体结果见图2所示。

图2　不同速度、不同目标角下射角偏差曲线图

从图2中看到，高低角偏差与方位角偏差均随着车速的增大而增大。从上述的计算过程中可见，这种现象是在其他参数不变的情况下，由车速增加导致的车辆底盘姿态角增大引起的。显然，当车速超过一定的限值（行进间射击车速）时，由此导致的射角偏差将会超出射击门的门限值，从而导致命中目标失败，这也正是车辆底盘角振动影响行进间射击车速的影响机理。

4.2火炮角速度引起的线速度导致的目标距离偏差火炮高低向角速度与方位向角速度赋予弹丸出炮口时方位向与高低向线速度引起的目标距离偏差。通过下式计算得到：

式（7）中，Rfw，Rgd为火炮方位向与高低向回转半径，v为火炮平均飞行速度。

4.3车辆底盘角振动导致的目标距离偏差

车辆底盘角振动引起的总射击偏差为上面二项偏差的代数和，即：

对于试验车辆，Rfw=5.6 m，Rgd=4.5 m，v=1 700 m/s，所以有：

因此，车辆底盘角振动导致的射角偏差引起的目标距离偏差是弹丸横向速度导致的目标距离偏差的3倍～5倍。由此可见，车辆底盘角振动导致的射击偏差以射角偏差为主。

5　结论

综上所述，可知：①在相同的行驶车速条件下，车辆底盘角速度与姿态角变化量随着射击延迟时间的增大而增大；②在相同的射击延迟时间内，车辆底盘角速度、姿态角变化量与射角偏差均随着行驶车速的增大而增大；③车辆底盘角振动导致的射角偏差引起的目标距离偏差是弹丸横向速度导致的目标距离偏差的3倍～5倍。

因此，车辆底盘角振动导致的射击偏差以射角偏差为主，射角偏差随着行驶车速增加是行进间射击车速受限的主要原因。

参考文献：

［1］刘卓.稳像式火控瞄准镜伺服系统设计与实现［D］.南京：南京理工大学，2013.

［2］王钦钊，谷晓伟，李小龙，等.基于高机动条件下的坦克火控系统［J］.兵工自动化，2012，31（3）：19-21.

［3］郭治，徐刚.稳像式坦克火控系统射击反应时间的研究［J］.火力与指挥控制，1988，13（1）:14-18.

［4］卢志刚，陈晋良，林学华.稳象式坦克火控系统智能射击门数学模型研究［J］.电脑开发与应用，2002，15（4）:22-23.

［5］李殿璞.船舶运动与建模［M］.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社，1999.

Study on Influence Mechanism on Gun Firing Accuracy Resulted from Angular Vibration of Target Chassis

WANG Guo-sheng，XIAO jie，ZHAO Tao-shuo，WEI Lai-sheng
（China North Vehicle Research Institute，Beijing 100072，China）

Abstract：In real vehicle test，it was founded that hitting probability would decrease greatly while tank chassis’running speed got to a certain value.Aiming at this question，its influencing mathematical model is established to calculate firing error caused by tank chassis’angular vibration.Basing on the data from real vehicle test，the firing errors resulte from tank chassis’angular vibration during firing delay time is analyzed comprehensively.Research based on test data showed that both tank chassis’angular velocity and its attitude angle variation would increase with the increasing of firing delay time under the same tank running velocity.Within the same shooting delay time，tank chassis’angular velocity，attitude angle variation and shooting error will rise with the tank’s running speed increasing too.Shooting error in the target distance caused by shooting angle deviation is 3-5 times which caused by the projectile’s lateral velocity.Therefore firing angle deviation，which will rise with the rising of tank chassis’running speed，is the main reason for limiting to tank’s moving shooting speed.

Key words：tank chassis，firing delay time，moving shooting speed，gun firing accuracy

作者简介：汪国胜（1971-），男，安徽潜山人，博士研究生。研究方向：车辆振动噪声控制。

*基金项目：“十二五”国防预研基金资助项目（51334010601）

收稿日期：2015-02-25修回日期：2015-04-27

文章编号：1002-0640（2016）03-0039-04

中图分类号：TJ81

文献标识码：A