装药号选择的技巧与注意事项

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：表3-5不同装药号对应的落点散布从表3 -5 可知, 射击同一射程目标时, 落点散布随选择的装药号增大而增大, 装药号对落点散布有重要影响, 同样射程, 采用7 号装药时的射程散布比采用4 号装药增大了30.5%, 采用7 号装药时的横偏散布比采用4 号装药增大了91.6%。射程散布随装药号的增大幅度小于横偏散布, 主要原因是: 射程对初速敏感因子是随装药号的增大而逐渐减小的。

对于迫击炮弹, 装药号是影响其射击精度的一个重要因素, 迫击炮弹配有多个装药号, 射击特定目标时通常有多个装药号可供选择, 传统的装药号选择方法是根据炮目距离选择适用的小装药号进行射击, 因为这样可以获得较小的落点散布, 同时减少对炮膛的烧蚀。而随着制导迫击炮弹的发展, 原有的针对无控迫击炮弹的装药号选择方法是否适用于制导迫击炮弹, 是否有利于提高制导迫击炮弹射击精度是值得研究的。

随着制导控制系统的引入, 制导迫击炮弹射击精度不仅与迫击炮弹受到的各种随机干扰有关, 还与执行机构修正能力、制导方法等有关。本节以提高制导迫击炮弹射击精度为目标, 分析射击同一射程目标时装药号对落点散布的影响以及对修正能力的影响, 并将装药号对落点散布与修正能力的影响进行量化分析与对比, 研究传统装药号选择方法对于制导迫击炮弹的适用性。

1.装药号的选择问题

迫击炮弹通常配备多个装药号, 如某型弹道修正迫击炮弹配有七个装药号。装药号越大, 迫击炮弹覆盖的射程越大、越广, 不同装药号覆盖的射程有重叠部分, 对于特定射程可能有多达四个装药号可供使用。装药号的不同, 意味着不同的初速、射角、弹道。如何选择装药号, 以利于达到最高的射击精度是一个值得研究的问题, 本书将从装药号对迫击炮弹落点散布和执行机构修正能力的影响入手研究该问题。

2.装药号对落点散布的影响

弹道修正迫击炮弹无控状态下的落点散布是影响弹道修正迫击炮弹射击精度的一个重要方面, 弹道修正迫击炮弹无控状态下的落点散布越小, 制导过程中所需修正能力越小, 因此有必要研究装药号对落点散布的影响。根据外弹道学理论, 落点的距离散布主要由初速、射角、轴向力系数和风的散布所引起,而落点的方向散布主要由射向和风的散布引起。以某射程为例, 选择不同装药号时射程对各因素敏感因子如表3 -3 所示, 横偏对各因素敏感因子如表3 -4所示。从表3 -3 可知, 射击同一射程时, 射程对各因素敏感因子表现出不同的变化规律, 射程对初速敏感因子随装药号的增大而减小, 射程对其他因素敏感因子随装药号的增大而增大。从表3 -4 可知, 射击同一射程时, 选择的装药号越大, 横偏对射向和横风的敏感因子越大。

表3-3　射程对各因素敏感因子

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表3-4　横偏对各因素敏感因子

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根据表3 -3、表3 -4 中所示射程、横偏对各因素敏感因子, 可计算出射程和横偏中间偏差, 如表3 -5 所示。

表3-5　不同装药号对应的落点散布

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从表3 -5 可知, 射击同一射程目标时, 落点散布随选择的装药号增大而增大, 装药号对落点散布有重要影响, 同样射程, 采用7 号装药时的射程散布比采用4 号装药增大了30.5%, 采用7 号装药时的横偏散布比采用4 号装药增大了91.6%。射程散布随装药号的增大幅度小于横偏散布, 主要原因是: 射程对初速敏感因子是随装药号的增大而逐渐减小的。

以4 倍的射程中间偏差和横偏中间偏差为半轴画出等概率密度椭圆, 称为整散布椭圆, 该椭圆能够涵盖97%的弹丸落点。4 号、5 号、6 号、7 号对应的整散布椭圆如图3 -44 所示。

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图3-44　整散布椭圆

3.装药号对修正能力的影响

对于弹道修正迫击炮弹, 随着制导控制系统的引入, 弹道修正迫击炮弹射击精度不仅与迫击炮弹受到的随机干扰有关, 还与执行机构修正能力密切相关, 下面研究装药号对舵机修正能力的影响。基于舵机控制方法, 修正能力计算方法为:

(1) 无控条件下仿真标准弹道, 得到标准弹道落点。

(2) 确定启控时间为10 s。

(3) 设置不同舵控相位以获取舵机在各个方向的修正能力, 以10°为间隔设36 个舵控相位φ。为获取最大修正能力, 根据等效俯仰舵偏角对射程修正作用模型, 利用判别因子a 对舵控相位实施切换, 当a ＞0 时舵控相位设为φ,当a≤0 时舵控相位设为π -φ。

(4) 到达启控时间后, 舵控相位按步骤 (2) 中设置, 舵控幅值置于最大值(15°), 得到控制弹道落点。

(5) 标准弹道落点坐标减去控制弹道落点坐标得到舵机的修正能力曲线。

采用上述流程得到舵机的修正能力曲线, 如图3 -45 所示。

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图3-45　修正能力曲线

从图3 -45 可以看出, 舵机在各个方位的修正能力都随装药号的增大而增大。采用7 号装药时的纵向修正能力比采用4 号装药增大了约80%, 采用7 号装药时的横向修正能力比采用4 号装药增大了约125%。装药号增大时修正能力增强的原因有两个: ①装药号越大, 初速越大, 动压越高, 因此舵偏所产生的控制力越大; ②装药号越大, 射角越大, 飞行时间越长, 因此可修正时间也越长。

4.装药号对射击精度的影响

落点散布和修正能力是直接影响弹道修正迫击炮弹射击精度的两个方面,从上述分析可知, 射击特定目标时, 装药号越大, 落点散布越大, 与此同时,修正能力越大, 这两方面对射击精度的影响是矛盾的。从前文可知, 选择的装药号增大时, 修正能力的增幅 (百分比) 大于落点散布的增幅。因此, 理论上选择大装药号可以增加修正能力对落点散布的覆盖率。4 号、5 号、6 号、7 号装药时修正能力曲线与落点整散布椭圆的对比情况如图3 -46 所示。从图3 -46可知, 装药号越大, 修正能力对落点整散布椭圆的覆盖率越大, 因此, 在有装药号可供选择时, 选择较大的装药号更有利于提高射击精度。

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图3-46　落点散布与修正能力对比

(a) 4 号装药; (b) 5 号装药; (c) 6 号装药; (d) 7 号装药

以上分析虽然表明装药号越大修正能力对落点整散布椭圆的覆盖率越大,但是修正能力对落点整散布椭圆的覆盖率并不能代表最终的射击精度, 不同的弹道特点可能会对飞行控制算法利用修正能力的效率产生影响。

通过模拟打靶分析装药号对射击精度的影响, 进行以下仿真试验:

1) 仿真试验1

选择4 号装药, 射角52.40°。模拟打靶结果如图3 -47 (a) 所示。采用4号装药射击时, 弹道修正迫击炮弹无控状态下纵向落点偏差范围为-202.9 ~193.3 m, 横向落点偏差范围为-106.2 ~91.8 m, CEP 为72.1 m。有控状态下纵向落点偏差范围为-72.3 ~53.1 m, 横向落点偏差范围为-7.0 ~4.8 m,CEP 为7.9 m。从模拟打靶结果可知, 弹道修正迫击炮弹横向落点偏差都得到了修正, 但是部分弹道的纵向落点偏差仍然较大, 这与图3 -46 中修正能力对落点散布的覆盖情况是一致的。

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图3-47　不同装药号对应的模拟打靶结果

(a) 4 号装药; (b) 5 号装药; (c) 6 号装药; (d) 7 号装药

2) 仿真试验2

选择5 号装药, 射角为68.76°。模拟打靶结果如图3 -47 (b) 所示。采用5 号装药射击时, 弹道修正迫击炮弹无控状态下纵向落点偏差范围为-249.4 ~225.5 m, 横向落点偏差范围为-177.8 ~175.1 m, CEP 为93.3 m。有控状态下纵向落点偏差范围为- 100.5 ~ 53.0 m, 横向落点偏差范围为-3.2 ~3.5 m, CEP 为8.6 m。从模拟打靶结果可知, 弹道修正迫击炮弹横向落点偏差都被修正到较小范围内, 大部分弹道的纵向落点偏差较小, 但是部分纵向落点偏差仍然较大。

3) 仿真试验3

选择6 号装药, 射角为64.36°。模拟打靶结果如图3 -47 (c) 所示。采用6 号装药射击时, 弹道修正迫击炮弹无控状态下纵向落点偏差范围为-240.8 ~ 280.2 m, 横向落点偏差范围为- 227.6 ~ 217.7 m, CEP 为106.7 m。有控状态下纵向落点偏差范围为-23.0 ~23.3 m, 横向落点偏差范围为-2.8 ~3.0 m, CEP 为2.6 m。从模拟打靶结果可知, 弹道修正迫击炮弹横向落点偏差都被修正到较小范围内, 但是大部分弹道的纵向落点偏差较小,受纵向修正能力的制约, 个别弹道的纵向落点偏差较大。

4) 仿真试验4

选择7 号装药, 射角为71.22°。模拟打靶结果如图3 -47 (d) 所示。采用7 号装药射击时, 弹道修正迫击炮弹无控状态下纵向落点偏差范围为-243.8 ~ 280.2 m, 横向落点偏差范围为- 261.6 ~ 241.8 m, CEP 为121.8 m。有控状态下纵向落点偏差范围为-0.7 ~10.0 m, 横向落点偏差范围为-2.9 ~2.5 m, CEP 为1.3 m。从模拟打靶结果可知, 弹道修正迫击炮弹横向落点偏差和纵向落点偏差都被修正到较小范围内。

对比仿真试验1、仿真试验2、仿真试验3、仿真试验4 的结果可知, 选择6 号装药和7 号装药时的打靶结果要明显优于选择4 号装药和5 号装药时的打靶结果, 其中7 号装药取得的射击精度最高。

5.制导迫击炮弹的装药号选择策略

基于以上分析可知, 对于制导迫击炮弹, 增大装药号时可同时提高制导迫击炮弹的控制能力和弹丸无控状态下的落点散布, 但是控制能力的提高程度更大, 因此选择大装药号时更有利于提高射击精度, 蒙特卡洛模拟打靶结果也证明了这一点。因此, 从提高制导迫击炮弹射击精度的角度考虑, 建议对制导迫击炮弹采取的装药号选择方法为: 根据炮目距离选择适用的大装药号进行射击。

装药号选择的技巧与注意事项

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