空速投放的機載飛行器初始地速和姿態確定方法

梁 卓，劉 娟，潘彥鵬，陳旭東，周國峰

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空速投放的機載飛行器初始地速和姿態確定方法

梁 卓，劉 娟，潘彥鵬，陳旭東，周國峰

（中國運載火箭技術研究院，北京，100076）

對于空速投放的機載飛行器，一方面由于彈道設計采用的模型基于地速，需將載機給出的投放初始空速轉換成初始地速；另一方面，載機投放飛行器時要保持穩定平飛，遇到側風干擾時，需進行偏流角修正，以保證載機沿著理論航跡線飛行。根據空速投放的機載飛行器特點，從載機速度、姿態的定義出發，基于側風干擾下的載機偏流角修正思想，推導并建立投放時刻飛行器初始地速和姿態的計算模型。該模型具有簡單實用、便于工程實現的特點，可廣泛應用于機載飛行器的投放初始參數解算。

空速投放；機載飛行器；偏流角修正；初始地速和姿態

0 引 言

機載飛行器只有進入投彈窗口時，才允許發射，投彈窗口主要由載機的投放速度、投放姿態及投放區域構成。投彈相關參數是飛行器離架自主飛行的初始條件，其中投放速度通常包括空速投放和地速投放兩種形式[1~3]，投彈區域一般是關于投放速度和投放高度的函數。投放初始姿態信息一部分可由載機導航數據直接獲取，另一部分信息需要計算得到。目前，對于機載飛行器，可查閱的關于投彈窗口相關的文獻主要集中介紹了不同類型飛行器投放窗口覆蓋區域的計算方法建模及其對窗口范圍的影響因素分析，而對投放瞬間初始參數的確定方法尚無系統介紹。

本文主要針對空速投放的機載飛行器特點，從載機速度、姿態的定義出發，基于側風干擾下載機偏流角修正思路，推導并建立了投放時刻飛行器初始地速和姿態的計算模型，可為基于空速投放的機載飛行器發射初始參數的解算提供依據。

1 載機相關參數定義

1.1 載機速度的定義

載機速度主要包括真空速和地速兩種形式。真空速是載機相對氣流的運動速度，地速是載機相對地面的運動速度。真空速、地速和風速之間構成矢量三角形。

1.2 載機坐標系定義

2 載機偏流角修正方法

載機在空中飛行時，不可避免地存在風干擾，在側風條件下，如果不進行修正，載機將隨風漂移，產生偏流角（即地速與空速之間的夾角），導致地速矢量方向偏離目標航跡。因此，載機在側風中飛行，為保持沿著理論航跡飛行，需對偏流進行修正。偏流修正方法是通過操縱載機向側風方向改變一個航向角，航向角大小與偏流角大小相同，確保載機機軸指向與真空速在水平面內的投影方向一致[6]。

3 初始地速和姿態的計算方法

3.1 初始地速計算

圖1 真空速、地速和風速在水平面內的幾何關系

（1）

根據圖1中的幾何關系可以推導出如下公式：

若已知真空速和風速，求地速，計算方法如下：

由余弦定理得：

（4）

3.2 初始姿態計算

計算實際航跡角與理論航跡角時，將地球視為不旋轉圓球體考慮，采用球面三角計算公式進行射擊方位角及射程角的計算。計算方法如下：

實際航跡角：

理論航跡角：

（6）

4 結束語

本文針對空速投放的機載飛行器特點，從載機速度、姿態的定義出發，基于側風干擾下載機偏流角修正思路，推導并建立了投放時刻飛行器初始地速和姿態的計算模型。該模型簡單實用，易于工程應用，為空速投放的各類機載飛行器發射初始參數的確定提供了有效方法。

[1] 梁卓, 管雪元, 孫瑞勝, 等. 基于復合制導律的“慣性/衛星”制導炸彈投放域計算[J]. 彈道學報, 2007, 19(3): 27-30.

[2] 陳紹煒, 龔誠. 無推力可控彈可達域和投放域計算[J]. 系統工程與電子技術, 2001, 23(12): 28-30.

[3] Dohrmann C K, Eislser G R, Robinett R D. Dynamic programming approach for bumout-to-apogee guidance of preci-sion munitions[J]. J of Guidance Control and Dynamics, 1996, 19(2): 340-346.

[4] 謝奇峰, 馮金富, 于雷, 等. 激光制導炸彈投放域分析[J]. 火力與指揮控制, 2006, 31(5): 57 -61.

[5] 雷科, 林忠賢. 制導炸彈攻擊區擬合算法研究[J]. 電光與控制, 2013, 20(2): 85-88.

[6] 匡江紅, 王秉良, 呂鴻雁. 飛機飛行力學[M]. 北京: 清華大學出版社, 2012.

A Researching Method on Calibrating Initial Speed and Attitude for Airborne Vehicles Launched with Air-Speed

Liang Zhuo, Liu Juan, Pan Yan-peng, Chen Xu-dong, Zhou Guo-feng

(China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076)

For the airborne vehicles launched with air-Speed, on one hand, its trajectory simulation model is based on speed, so initial speed is derived from the initial air-speed. On the other hand, airborne vehicles should be launched under the state of steady level flight, thus the drift angle is needed to be modified against side wind disturbance in order to keep trajectories, Considering the characteristics of airborne vehicles launched with air-Speed, on the basis of definitions of plane’s speed and attitude, a mathematic model of calculating initial speed and attitude are established. Furthermore, it is simple and practical, so it could be commendably applied in the engineering field for its perspective value.

Air-speed launching; Airborne vehicles; Drift angle adjustment; Initial speed and attitude

1004-7182(2016)02-0059-03

10.7654/j.issn.1004-7182.20160213

V249.121

A

2014-12-01；

2015-01-05

梁 卓（1982-），男，高級工程師，主要研究方向為導航、制導與控制技術及仿真