弹道扰动对单兵火箭弹精度的影响研究

弹道扰动对单兵火箭弹精度的影响研究

王健

驻蚌埠地区军代室 , 安徽 蚌埠 233000

摘要：常规火箭制导化已成为技术发展的重要方向，但由于单兵火箭系统重量轻、机动性好，特别适于近距离毁伤敌方坦克、装甲车辆、野战工事，杀伤有生力量等任务，因而是单兵对付软硬目标的骨干武器。本文主要工作，就是结合某大推力高初速单兵火箭武器项目的研制，开展火箭弹散布评估与提高其射击密集度的技术研究。论文首先阐述了火箭弹的散布理论，讨论、分析了各种扰动因素所引起的散布，并选择确定初始扰动、推力偏心、风等为火箭弹散布的主要扰动因素，对其进行重点分析，建立影响模型。

关键词：火箭弹；扰动因素；散布

随着技术的进步，现代战争对武器的射程、精度等提出了愈来愈高的要求，提高火箭弹密集度成为一项重要课题。其中，在无控火箭弹上加装制导与控制组件是一条有效的技术途径。如：以色列的 TAC/LAR-160 火箭弹（直径 160mm），对弹道主动段前期弹体纵轴的姿态进行简易控制，大幅度提高了火箭弹的密集度。虽然简易控制技术能大幅度提高火箭弹的射击精度，射击准确度也有一定程度的提高，但简易控制火箭仍然为面杀伤武器，不能对目标进行精确打击；而且一发这样的制导火箭，大约是非制导火箭价格的十倍。

1 火箭弹散布度量与影响因素

1.1 射击误差

如图 1，过目标中心在水平面上作坐标系 xoz，o为目标中心，并设 o 为火箭炮射击诸元所对应的指向点；c 为同一个射击诸元射弹散布中心；p 为某一发射弹的炸点。各点在 ox 轴、oz 轴上的坐标如图 1 所示。

图1 射弹的炸点与散布中心的坐标

虽然炸点散布误差和射击诸元准备误差都是属于随机变量，但是两者略有不同。前者是属于非重复性误差（或称为个别误差）。这种随着每一发火箭弹发射而偶然变化，也就是说这种误差只影响一次射击。其误差根源有：单个定向器弯曲、不平度；火箭炮的振动情况；火箭弹推力矢量的差异；速度矢量的差异；火箭弹质量、质心转动惯量的差异；当时气温、气压、风速、风向等气象条件的差异等等。后者属于重复性误差（或称为集体误差）。这种误差对一次齐射的所有火箭弹来说是固定的。这种误差的根源随诸元准备方法的不同而异。如以精密准备诸元方法来说，其误差根源有：发射阵地和目标空间位置的测量误差；气象方面准备所产生的误差；射表误差；技术准备产生的误差等等。

1.2 火箭弹散布度量与特点

当用同种大量的火箭弹对同一目标进行瞄准射击时，这些火箭弹的落点会分散在目标周围，这种现象称为火箭弹的落点散布。引起这种散布的原因可以分为三类：

(1) 各发弹之间的弹体参数（如弹重、弹长、弹径等）有稍微的不同并体现为随机的性质；

(2) 各发弹之间的发射条件（如初速、射角、射向等）有稍微的不同并体现为随机的性质；

(3) 各发弹所受到的干扰（如初始扰动、推力偏心、阵风、气动偏心等）有稍微的不同并体现为随机的性质。

2 初始扰动的影响

初始扰动是指弹丸由于炮口振动而造成的出炮口时的不确定因素。对于火箭武器系统而言，发射过程中各种扰动因素的影响都将通过弹管相互作用最终反映在火箭弹初始扰动上。实际的火箭发射装置是由许多弹性元件以多种方式联结而成，各体本身的弹性以其联结铰链处的弹性计入。火箭发射过程中，各刚体的运动将通过各体之间的联结铰链传递给火箭弹。从而引起火箭弹的初始扰动。

初始扰动是影响火箭弹散布的主要因素之一，而由于结构和制造上的原因，火箭弹存在三种主要影响初始扰动的缺陷，即火箭发动机推力偏心、火箭弹动不平衡和质量偏心。在火箭武器发射过程中，火箭弹在发动机推力作用下沿定向器向前运动时，由于火箭弹缺陷的存在，将使火箭弹在定向器中产生围绕其质心的角运动，从而产生初始扰动。

初始扰动引起的散布分为如下三种情况：

（1）当火箭弹飞离定向器瞬间只获得一摆动角速度0ϕ& ，而其弹轴和速度矢量都沿定向器方向。称此类情况为第一类初始扰动(初始摆动角速度0ϕ& 引起的角散布)，简称0ϕ& 。

（2）当火箭弹飞离定向器瞬间，只是弹轴偏离定向器轴线一角度0ϕ ，但弹轴无摆动，且速度沿定向器轴线方向。称此为第二类初始扰动(初始摆角0ϕ 引起的角散布)，简称0ϕ 。

（3）火箭弹飞离定向器瞬间，弹轴即无横向摆动也无横向偏离，只是速度矢量偏离定向器轴线一角0ψ ，称为第三类初始扰动(初始偏角0ψ 引起的角散布)，记为0ψ 。

火箭弹刚一出炮口，相对速度方向便与弹轴不一致了，也就是说，气流方向与弹轴不一致，因而产生了一个空气力矩 Mz，这个力矩对理想弹道而言，就是一个干扰力矩，它使弹轴偏离预定方向，而向相对速度方向偏转。随着弹头逆风向转动，推力作用线也离开了原来的方向，产生了一个垂直于火箭弹飞行速度 v 的法向力，这个推力的法向分量的方向正好与风速 w⊥的方向相反。这点，图 4.9（b）所示的火箭弹处于平衡位置，即弹轴与 vr一致时。而且，假定弹轴是从初速 v0的方向开始摆动的，一般来讲，在以后的弹轴摆动过程中，弹轴也不会超越速度矢量线而摆到 v 的另一侧。因此在全主动段内，推力的法向分量都是与风速 w⊥反向。与此同时，气动力 R 也有法向分量，方向与推力法向分量相反，但大小却小得多分析时可忽略不计。总的看来，火箭弹速度在与风速 w⊥相反的推力法向分量作用下，必将逆风向偏转，因而主动段内垂直风引起的弹道落点偏差是“迎风偏”。

在被动段，推力消失，在垂直于速度方向的气动分量作用下，由于该力与 w⊥的方向一致，故被动段表现出“顺风偏”的性质。尽管主动段比被动段短得多，但由于主动段有很大的推力，因而风对主动段的影响是很大的。

风引起的偏角公式为：

其特征函数为：

而且项目组在试验中总结得出，所研究的火箭弹其散布主要是在炮口段形成，那么初始扰动因素对散布的影响与其他扰动因素相比就占主要比例。

前面第四章中提到过，由于结构和制造上的原因，火箭弹存在三种主要影响初始扰动的缺陷，即火箭发动机推力偏心、火箭弹动不平衡和质量偏心。在火箭武器发射过程中，火箭弹在发动机推力作用下沿定向器向前运动时，由于火箭弹缺陷的存在，将使火箭弹在定向器中产生围绕其质心的角运动，从而产生初始扰动。这样就要求在设计中要重点考虑产生初始扰动因素的起因，通过测试仪器测出初始扰动因素作用下的综合影响，同时，通过火箭弹结构设计的进一步优化，制造工艺水平的提高，工艺条件的改变，并减小制造误差，那么密集度水平就会有所提高。

通过模型分析，可以很清楚的看到，在推力偏心的影响下，火箭弹的密集度水平没有明显的变化。由于制造工艺原因，弹纵轴与推力作用线不可能完全重合；另外，弹体质量分布不均匀，质心也不可能正好位于弹轴上，而形成推力的几何偏心。又由于燃气流的不对称性而产生了所谓的气动偏心。所以对工艺提高要求，推力偏心距离有所减小，那么推力偏心对弹道的影响就会小一点，密集度水平就会提高很多。

3 结束语

本文对火箭弹散布进行了一些研究，通过对扰动因素影响下的弹道进行分析和对散布的分布进行计算仿真，了解了各种扰动因素对火箭弹落点的影响，再将理论计算得出的数据同试验测得的数据进行统计分析，最后根据计算、分析的结果指出提高火箭弹射击密集度可以采取的一些技术措施。虽然，这会引起费效比等的问题，需要进一步的研究，但就发展趋势来看，这也是有必要的。

参考文献

[1]周长省，鞠玉涛. 火箭弹设计理论[M]. 北京：北京理工大学出版社，2005.

[2](刘荣忠，曹从咏. 机械系统动力学[M]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2000.

[3]朱福亚. 火箭弹构造与作用[M]. 北京：国防工业出版社，2005.