入水參數對自導深彈攻潛彈道的影響與分析

程善政, 葉利民, 李宗吉, 田 兵

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入水參數對自導深彈攻潛彈道的影響與分析

程善政1, 葉利民2, 李宗吉1, 田 兵1

(1. 海軍工程大學 兵器工程系, 湖北 武漢, 430033; 2. 海軍工程大學 研究生院, 湖北 武漢, 430033)

為分析自導深彈的攻潛彈道, 建立了自導深彈在縱平面內的彈道數學模型, 利用MATLAB/Simulink軟件對不同入水參數下深彈攻擊作勻速直線運動的目標潛艇的彈道進行了仿真, 仿真結果表明, 攻擊同一目標時, 入水參數對自導深彈水下攻潛的彈道影響較大。該結果對空投自導深彈的戰術使用有一定的參考價值。

自導深彈; 攻潛彈道; 入水參數; 仿真

0 引言

在英阿馬島海戰中, 一架英國直升機用MK11航空深彈一舉擊傷阿根廷“圣菲”號潛艇, 說明深彈在現代戰爭中仍可以發揮重要的作用, 尤其是反潛機使用航空深彈。非自導航空深彈具有結構簡單、制造容易、價格便宜、便于大量生產和裝備、可靠性高、不受水文條件限制及機動性強等優點, 航空自導深彈在基本保留了非自導航空深彈上述優點的基礎之上增加了自導導引功能, 使其攻潛的深度和命中概率都有較大的提高[1]。

利用MATLAB/Simulink軟件[2]對自導深彈在追蹤導引舵控制規律下縱平面內攻擊作勻速直線運動的目標潛艇的彈道進行仿真, 不同的入水速度以及入水姿態角下的攻潛彈道有所差別, 分析仿真的攻擊彈道對空投航空自導深彈的戰術使用有一定的參考價值。

1 運動數學模型

1.1 基本假設

1) 深彈為剛體, 其外形對于垂直平面對稱, 在縱向運動中不產生側向力、偏航力矩和橫滾力矩;

2) 深彈的控制系統是理想的, 使深彈的對稱面保持在垂直平面內;

3) 深彈運動的過程中不考慮產生的附加質量;

4) 深彈完全浸沒在流體中, 并處于全沾濕狀態;

5) 忽略流場等自然環境以及深彈自身的操舵誤差和探測誤差產生的影響;

6) 入水過程極短, 忽略入水段彈道對深彈入水參數的影響[3]。

1.2 坐標系的建立

圖1 自導深彈水下受力示意圖

1.3 縱向運動方程

自導深彈水下受力如圖1所示, 進而可以得到自導深彈的運動方程[4]

自導深彈所受力和力矩的模型為

1.4 控制規律

當目標在深彈自導引信探測范圍以內時, 深彈可依據其探測系統確定潛艇目標的方位和距離。為使深彈以最快的方式攻擊潛艇, 擬采用追蹤導引舵操舵方法, 建立了如下操舵規律的控制模型[5]。

2 目標捕獲判據

3 目標運動模型

4 仿真計算

4.1 仿真初始條件

4.1.1 自導深彈計算參數

自導深彈是在傳統深彈基礎上增加了自導捕獲和跟蹤目標的裝置, 本文以俄羅斯S3V自導深彈作為研究對象, 其主要戰術技術性能參數略。

4.1.2 目標計算參數

一般情況下, 目標作勻速定深直線運動。為簡化計算, 本文只考慮潛艇作勻速定深直線運動的情況, 潛艇以最大航速作規避動作。對目標潛艇作如下假設: 目標在50 m和100 m深度上均作定深勻速直線運動, 深彈入水的同時, 潛艇以15 m/s的航速規避。

4.2 仿真結果與分析

4.2.1 不同入水參數時深彈攻擊50 m深度目標

圖2 深彈攻擊50 m深度目標時水下彈道

圖3 攻擊50 m深度目標時深彈與目標的距離隨時間變化圖

4.2.2 不同入水參數時深彈攻擊100 m深度目標

圖4和圖5是自導深彈在不同的入水參數下攻擊100 m深度上作勻速直線運動目標時自導深彈的彈道圖及與目標相對距離隨時間的變化圖。

圖4 深彈攻擊100 m深度目標時水下彈道

5 結論

[1] 孫明太. 航空反潛概論[M]. 北京: 國防工業出版社, 1997.

[2] 張志涌. MATLAB教程[M]. 北京: 北京航空航天大學出版社, 2001.

[3] 魏鳳昕. 火箭深彈外彈道學[M]. 北京: 國防工業出版社,1992.

[4] 范輝, 張宇文, 李文哲. 自導深彈導引彈道設計與仿真[J]. 火力與指揮控制, 2009, 34(8): 75-79. Fan Hui, Zhang Yu-wen, Li Wen-zhe. Trajectory Design and Simulation Research on a Model of Self-guided Depth Bomb[J]. Fire Control &Command Control, 2009, 34(8): 75-79.

[5] 彭荊明, 舒旭光. 深彈控制仿真系統研究[J]. 水雷戰與艦船防護, 2009, 17(1): 35-38. Peng Jing-ming, Shu Xu-guang. Research on Control Simulation System of Depth Charge[J]. Mine Warfare & Ship Defence, 2009, 17(1): 35-38.

Influence of Water-entry Parameters on Trajectory of Homing Depth Charge in Attacking Submarine

CHENG Shan-zheng1, YE Li-min2, LI Zong-ji1, TIAN Bing1

(1. Department of Weaponry Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China; 2. Graduate School, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)

In order to analyze the trajectory of a homing depth charge in attacking a submarine, we establish a mathematical model of longitudinal trajectory for the homing depth charge, and simulate the trajectory of the depth charge with different water-entry parameters in attacking a submarine with uniform rectilinear motion by using the software MATLAB/Simulink. Simulation result indicates that water-entry parameter exerts significant influence on trajectory of the depth charge in attacking a submarine. This research may be helpful in tactical application of airdropping a homing depth charge.

homing depth charge;attacking submarine trajectory;water-entry parameter; simulation

TJ631.2

A

1673-1948(2011)04-0250-05

2010-12-07;

2011-03-08.

程善政(1987-), 男, 碩士, 研究方向為武器系統與運用工程.

(責任編輯: 陳 曦)