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1、新型二维弹道修正引信方案设计 4 修正机构空气动力学分析 24 4.1 舵片运动受力分析 24 4.2 操纵舵片面积和倾角对空气动力学的影响 25 结 论 27 致谢 28 参考文献 29 : 1 绪论 1.1 课题背景及研究意义 随着中国改革开放以来的经济崛起，硬软实力的不断提高，我国军事技术的发展也需要跟上时代的步伐，在国防建设中起到相应的作用。在常规武器中，弹药作为战争中的基本物质，是毁伤目标的唯一可靠载荷，同时也是武器系统完成作战任务的核心。因此，当前世界各国对弹药的研究一直十分活跃，投入了大量的人力物力并将一系列高新尖端技术引入到弹药中。从结构角度看，弹药是通过很多零部件组装而成；从
2、功能角度看，弹药由战斗部、引信、投射部、导引部、稳定部等部件组成，其中引信和引导部则是提高弹药命中精度的关键。命中精度是衡量弹药性能的一个重要指标，也是武器毁伤目标的一个关键因素。一般而言，武器的毁伤效果与其命中精度的1.5次方成正比，命中精度的提高，可以大幅度降低实际战争中用来打击目标的弹药消耗，一定程度上降低生产成本，既能保证对平民以及民用设备造成最小的伤害，又能实现对战斗目标造成最大毁伤效果，通过最小的牺牲取得战争的胜利。在近几次局部战争中，从弹药的使用情况来看，精确打击弹药使用率明显大幅度提升。比如在1991年海湾战争中精确打击弹药的使用比例大概为9%，到了1999年科索沃战争中其使用
3、比例就上升到35%，再到XX年阿富汗战争中其使用比例已经达到了60%，在XX年伊拉克战争中使用比例更是达到前所未有的68%1。通过这四次现代战争中精确打击弹药使用率的相关数据可以看出，在未来高科技短时间局部战争中，精确打击弹药的比例将会越来越高，没有强大的精确打击武器，就很难在战争中取得优势。 源自！六￥维%论文(网.加7位QQ3249114 导弹是最常见的一种精确打击弹药，但是由于其生产成本高（一般单价在3-8万美元）、相对产量较小以及研发周期长的缺点，很难大批量装备部队，因此它并不能满足未来战争中对精确打击武器的需求；而常规弹药虽然成本较低（一般单价为1500美元）、产量存量大，但是命中精
4、度又达不到要求。通常为了实现毁伤效果，往往采用大批量弹药覆盖毁伤的方式，尽管在一定程度上满足了对毁伤效果的要求，但其实际成本和效率均不是理想的选择。正是在这种情况下，一种新型的弹药弹道修正弹应运而生。所谓弹道修正弹，是指对弹药的弹道进行修正，具体来说，是指将榴弹、迫弹或火箭弹等常规弹药原有的引信加装弹道修正模块或者改成弹道修正引信，弹道修正引信上的探测识别模块可以获得飞行过程中弹丸的实时位置、飞行速度姿态等数据，再通过引信中的数据处理模块处理后得出相应的实时弹道，再将实时弹道与预先设计的理论弹道做比较，通过计算可得出两弹道的差距，再由引信上的控制执行模块进行相应的修正，再多次重复这一修正过程之
5、后，弹丸能够尽可能地接近理论弹道，然后在理论目标位置小区域范围内，通过预先设置的引爆信息进行适时引爆，实现毁伤效果最大化。弹道修正弹相比于导弹的差别在于两者分别采用的不同的修正方式，而且造价悬殊。弹道修正弹的优势在于它能通过几次修正过程使得弹药在以目标为中心的小范围区间适时引爆，作战效能高并且具有一定的通用性，能够直接拧装在相应尺寸的普通弹药上，而且成本相比于昂贵的导弹低很多23。 正是因为弹道修正弹的这些优势，美国、德国、法国、以色列等世界几大军事强国纷纷开展了对弹道修正弹的研究，将最新的微电子技术、微机电技术、红外光电技术、毫米波技术等先进的信息化技术引进到弹道修正引信中，实现对常规“笨”
6、药用较低成本的弹道修正技术来实现弹药的灵敏化，通过批量装备部队来扩大精确打击实力。随着当前世界格局的多极化发展，中国经济建设和社会发展逐渐走向稳定，迫切的需要在武器系统作战效能上实现大幅度提升。与此同时，我军库中积累的大量的传统弹药，如果能够将弹道修正技术引入到传统弹药中，将会节约大量的经济成本并提高其毁伤效能。正是基于这种情况，我国急需加大对弹道修正技术的研究，不断探索将新型信息化技术融入到弹道修正引信当中，提高传统常规弹药的适应性和毁伤性，在新型信息化战争中取得优势地位，吸取“落后就要挨打”的惨痛教训，加强武器系统核心技术自主研发能力，以保障我国社会经济正常发展，领土主权不受侵犯。 1.2
7、 弹道修正弹及其引信技术 1.2.1 弹道修正弹的定义 弹道修正弹（trajectory correction projectile）是指常规弹药加装了弹道修正模块或者改装了弹道修正引信，通过接受地面火控系统发出的指令和GPS系统的位置信息，经过引信中的数据处理模块处理后得出相应的实时弹道，再将实时弹道与预先设计的理论弹道做比较，并通过计算由引信上的控制执行模块进行相应的修正，再多次重复这一修正过程之后，弹丸能够尽可能地接近理论弹道，然后在理论目标位置小区域范围内，通过预先设置的引爆信息进行适时引爆，实现毁伤效果最大化。采用弹道修正弹能使命中精度显著提高，图1.1所示为常规弹药、采用一维弹道修
8、正弹药和二维弹道修正弹药的命中精度比较。 图1.1常规弹药与弹道修正弹命中精度对比 1.2.2 弹道修正弹的分类 弹道修正弹按照修正模式上的区别主要分为一维弹道修正弹和二维弹道修正弹。 一维弹道修正弹，其修正原理是采用一维弹道修正引信阻尼修正机构(Drag Correction Mechanism),它一般通过阻尼修正原理进行修正，采用最多的是阻尼片修正机构，炮弹发射前将预定落点设置在比实际目标位置偏远处，弹丸飞行初期不需要修正时闭合阻尼片，弹药保持原有飞行状态，于此同时弹载定位系统接收实时位置信息，通过弹上数据处理系统的比较计算得出实际飞行弹道的落点和理论目标位置的差距，并通过控制阻尼修正机
9、构适时打开阻尼片，使速度方向上弹药与空气的接触面积显著提升，增大空气阻力改变弹丸飞行弹道以实现弹药在射程上的修正56。通常情况下，一维弹道修正弹主要用于在距离散步远大于方向散步的情况下。一维弹道修正原理如图1.1所示。 图1.2 一维弹道修正原理示意图 源自！六￥维%论文(网.加7位QQ3249114 二维弹道修正弹，一般是指能进行横向和纵向两个维度的修正，能够对弹药射程和方位进行修正，其精度显然比一维弹道修正弹的更高。其修正原理是弹丸发射后，通过GPS系统定位或者地面火控系统的探测，获取飞行弹丸的位置信息，计算出实际飞行弹道，弹载数据处理对实际飞行弹道和理论设定弹道的区别做出比较计算和分析，
10、在确定的时间位置控制修正机构作用，定向战斗部收到控制和引爆指令在特定点进行精确打击。相比于一维弹道修正弹，二维弹道修正弹的命中精度要高的多。二维弹道修正原理如图1.2所示。 图1.3 二维弹道修正原理示意图 1.2.3 弹道修正机构的模块组成与关键技术 弹道修正机构通常由三个主要的模块组成，分别是：弹道测量模块、弹道数据处理模块和修正执行机构模块。弹道测量模块主要包括地面火控指挥系统和引信体自身的GPS接收器，GPS是英文Global Positioning Systems（全球定位系统）的简称，该系统是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，被广泛的应用在
11、民用和军用领域。通过引信上的GPS接收器能够接收空间飞行弹丸的实时三维位置信息，并将其传递至弹道数据处理模块。弹道数据处理模块则相当与整个修正机构的神经中枢，引信的相关参数数据在此汇集处理。弹道数据处理模块通常采用的是微芯片DSP数据处理器，它能够将引信实际飞行弹道同预先设定好的理论飞行弹道做比较得出其差距，通过计算产生相关处理器指令来控制执行部件调整弹丸飞行姿态。修正执行机构模块通常有两种，一种是鸭舵机构，另一种是脉冲发动机。前者结构较为复杂、控制难度较高，但是能方便的组装在常规弹药上，灵活性好，安装快；后者虽然结构简单、修正效率高，但它必须组装在弹药特定位置，同时也会改变弹药的原有结构，可
12、能会造成存放运输时的不方便。本文所设计的一种新型二维弹道修正引信，正是采用了十字舵翼片型的鸭舵机构。弹道修正系统原理如图1.4所示。 图1.4 弹道修正系统原理 当前弹道修正弹的关键技术主要有三个。一是弹道探测技术，二是弹丸姿态测量技术，三是弹道修正控制技术。这三个技术分别对应弹道修正引信的三个主要模块。对于弹道探测技术而言，主要用到的是GPS系统、惯性导航系统（INS）以及火控雷达系统（FCS)。对于弹丸姿态测量技术而言，主要用到的是陀螺仪技术、磁感应技术以及加速度计技术。对于弹道修正控制技术而言，主要用到的是空气阻力器、鸭舵机构以及脉冲发动机7。由此可见，整个弹道修正技术是由多个复杂的技术
13、和系统相结合而成的，这也正是弹道修正弹研究的难点所在。 1.3 国内外弹道修正引信技术发展现状 目前世界上对该技术进行研究的主要有美国、英国、法国、德国、意大利、俄罗斯、日本、瑞典、中国等几个军事强国。由于一维弹道修正只对射程上进行修正，实现起来较为容易，当前一维弹道修正技术已经较为成熟了。二维弹道修正由于需要同时考虑到射程和方位两个维度上的修正，引信控制系统和结构设计还不太成熟，各国均在积极探索中，其中美国走在最前面，有消息称美军已经开始小批量装备弹道修正引信。表1.1所示为各国正在研究的弹道修正弹药。 表1.1 各国正在研究的弹道修正弹药 1.3.1 国外发展情况 1.3.1.1 美国 1
14、.3.2 国内发展情况 1.4 本文研究内容 在查阅大量弹道修正引信相关文献以后，结合自身对引信专业知识的学习，本文提出了一种新型的二维弹道修正引信。该引信结构与美国ATK公司的XM1156式精确制导组件相类似，也是采用了十字舵型鸭舵机构作为引信修正机构，但是与之不同的是弹丸飞行过程中位于水平位置的操纵舵片是可以张开的。在弹丸出炮口后飞行弹道初期，其操纵舵片是收缩在弹体里面的，待到某一特定位置，再通过电拔销器释放限制机构，通过弹簧推力作用将操纵舵片推出，在推出一定距离以后，在空气动力的作用，操纵舵能顺利偏转到极限位置，舵片被槽体下壁挡住不再继续偏转，起到弹道修正作用。主要研究的内容如下： （1）检索国内外弹道修正技术，分析其优缺点； （2）提出新型二维弹道修正引信方案，解释其原理。 （3）对修正机构进行结构设计，做相关计算。 （4）参考现有的空气动力学仿真实验，对其做定性分析
