关于武器外挂物投放安全性分析方法研究

殷桐

摘 要：军用飞机在执行飞行任务中，经常会因为任务需要将飞机外部挂载的武器或者油箱投放出去。但是受外部环境和外挂物自身性质的影响，很容易发生投放过程中外挂物同机身相互碰撞的情况，严重影响飞机的正常飞行，所以，外挂物投放安全性问题一直是国内外的研究热点和研究重点。为了保证歼击机投放武器外挂物的投放安全性，本文使用欧拉公式对外挂物的投放安全性分析方法进行研究。

关键词：外挂物；投放安全性；滑翔弹；流场计算

飞行中的飞机投放外挂物经常会在气动力的作用下出现外挂物碰撞机身的情况，因此需要对投放过程进行试验分析，确定最佳的外挂物投放轨迹，保证飞机飞行安全。一般外挂物投放安全性研究方法包括飞行试验、风洞试验和数值模拟三种，其中飞行试验是最直接可以判断投放安全性的方法，但是费用高，安全系数小。风洞试验是上世纪六十年代兴起的一种模拟实验方法，具有费用较低廉，安全系数高，试飞安全的特点，是常用的投放安全性试验方法。本文在风洞试验的基础上加入了仿真计算和投放试验，仿真计算提高风洞试验的精确性，投放仿真弥补投放试验的不足，提高投放试验的安全性，提高工作效率。

1 欧拉方程求解

欧拉方程的积分形式为：

t∫ΩWdΩ+∫SF·ndS=0

中心有限体积离散

ddtW+R=0；式中：2R=QV，

Q的计算方法为：Q=∑k=kmaxk=1（F·nds）k

2 滑翔弹投放轨迹

为了使研究结果更具科学性和可靠性，笔者针对投放的滑翔弹建立两个坐标系来记录其飞行轨迹。我们设地面坐标系（X′，Y′，Z′），其原点G；第二个坐标系设置为同滑翔弹固连的运动坐标系（X，Y，Z），原点为B。

滑翔弹在空中运动的轨迹也是通过该坐标系的同地面固定坐标系之间的欧拉角（ψ，θ，φ）表示。由于滑翔彈在空中处于运动状态，随着其空中姿态的不同，欧拉角（ψ，θ，φ）也会随时间的推移发生变化。我们找到了角速度和欧拉角之间的关系式：

dφdt=ωx+tanθωysinφ+ωzcosφ

dθdt=ωycosφ+ωzsinφ

dψdt=1COSθ（ωysinφ+ωzcosφ）

3 投放高度对投放安全性的影响

我们所有的数据分析均从滑翔弹弹射出机身，也就是投放开始的那一刻为准。

滑翔弹的俯仰角（θ）定义为，滑翔弹弹身轴线同载机机身轴线的夹角，同时规定以沿轴线方向抬头为正；位移值（Y）定义为，滑翔弹重心在飞机对称面竖直方向的位移量；同时，滑翔弹的CTS投放试验状态为：Ma=0.6、0.8、0.9，H=5km、8km。仿真计算状态为：Ma=0.6、0.8、0.9；H=5km、8km、3km、13km。我们对投放高度对滑翔弹的投放安全性进行试验，试验结果如下图所示：

从上图中可以明显看出，随着投放高度的增加，滑翔弹受到的气动力降低，其俯仰角的震荡周期增长，滑翔弹能够达到的最大正值也随之增加，其达到所需要的时间也随之推长。

从上图中可以看出，随投放高度的增加，滑翔弹重心在X方向上的位移值减小，在Y方向上的位移值基本不变。

4 投放安全性分析

从实验结果分析，在投放初期，滑翔弹Y方向离飞机非常近，这时如果俯仰角为正值，滑翔弹同机身碰撞的机率就很大。所以，笔者建议，当飞机处在较低速、高空飞行时，最好保证滑翔弹（投射物）俯仰角小于3°，此时，滑翔弹（投射物）在Y方向上的位移值约为1m，不会对飞机造成很大的威胁，只要滑翔弹（投射物）已经离开机身0.5s，那么其距离机身已经有一个弹身长度。因此，在Ma=0.6～0.9，H=3～13km的范围内，滑翔弹（投放物）可以安全投放。

5 结论

以上试验证明，投放仿真计算结合试验的分析方法实际可行，如果要保证武器外挂投放的安全性，需要保证投放物的俯仰角小于3°，其Ma=0.6～0.9，H=3～13km。

参考文献：

[1]聂璐，向锦武.飞机外挂物投放安全性的参数影响分析[J].飞行力学，2011，29（2）：2528.

[2]车竞，唐硕，谢长强.空射导弹发射初始弹道数值仿真[J].空气动力学学报，2006，24（2）：205208.