基于旋转稳定和尾翼稳定的弹丸飞行稳定性研究_张维

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1、《装备制造技术》2014年第1期基于旋转稳定和尾翼稳定的弹丸飞行稳定性研究张维，郝秀平（中北大学机电工程学院，山西太原030051）摘要：在弹丸飞行稳定性准则的基础上，阐述了弹丸飞行稳定性的条件，并着重讨论陀螺稳定因子、动态稳定因子以及瞬间扰动对弹丸稳定性的影响。通过对摆动理论和旋转理论的分析研究，给出旋转弹和尾翼弹丸稳定性条件。研究表明：要同时满足陀螺稳定性和追随稳定性两个要求比较困难，有时甚至是矛盾的，这时需要采用合理的膛线缠度来保证。关键词：旋转弹丸；尾翼弹丸；章动角；稳定性中图分类号：TJ012.3文献标识码：B文章编号：1672-545X（2014）01-0155-03弹丸在飞

2、行过程中，一方面由于射击时的地形、稳定性以及动态稳定性。气候、初速等的影响，另一方面则是由于弹丸的起始1.1.1陀螺稳定性扰动，即章动角不为零，导致实际弹丸的飞行轨迹总当弹丸出炮口后，弹丸绕自身轴线进行高速旋是偏离理想弹道的。在外弹道学中，我们常以弹轴与转，以此来克服翻转力矩的作用，这就是陀螺稳定速度矢量线之间的夹角的最大值和射弹散步范围来性。陀螺稳定性的条件包括陀螺稳定因子和膛线缠表征弹丸飞行的稳定性。随着空气动力学以及外弹道度上限。测试技术的不断发展，弹丸受力和弹丸飞行的理论研（1）陀螺稳定因子Sg反映了陀螺力矩与俯仰力究日趋深入，而且武器在提高射程的同时，还需不断的矩对弹丸围绕质心

3、运动的影响以及陀螺力矩相对于提高射击精度，这就需要我们去更深入的研究弹丸运静力矩的强弱程度。动规律。对弹丸飞行稳定性进行全面的分析研究，有助a2a2Sg==2于提高射程和射弹首发命中率概率，减小射弹散步。βkzν陀螺稳定因子Sg是将弹丸本身抗干扰能力与外1动态稳定条件界干扰因素相联系的量。a=Jr0/2I反应了弹丸本身抗干扰能力，惯性比J/I大，就有较大的抗干扰能2弹丸飞行稳定性是力学中一般运动稳定性的特力。β=kzν是与翻转力矩系数有关的量，反映了弹丸例，可直接由李雅普诺夫建立的稳定性概念和基本原翻转的外界因素。当陀螺稳定因子Sg>1时，旋转弹理，推导出弹丸飞行稳定性准则。对于自由飞行

4、的弹丸，才具有陀螺稳定性。保证其运动状态稳定的基本要求是在全弹道上保持章（2）膛线缠度上限动角足够小。以理想弹道为基准的速度偏角和弹轴摆根据陀螺稳定性推导出膛线缠度上限公式：动角也将较小，其它运动参量的变化也随之较小。πμCmη=弹丸的攻角很小,就意味着弹轴与飞行速度方向上２Ih姨H（y0）Km（zM0）基本一致,弹头指向飞行方向,弹丸就能够平稳的飞Jd行。因此，保证全弹道飞行稳定的条件为：在瞬态扰式中：μ为稳定性系数，Cm为弹道系数d为弹动(如起始扰动)作用下，章动角幅值限制在一定范围径，h为弹长。内且不发散，即具有动态稳定性；在重力作用下，所旋转弹的膛线缠度必须小于η上，否则弹丸不具

5、形成的弹道弯曲过程中，弹轴追随弹道切线方向变备陀螺稳定性，飞行中弹丸将翻转。化，其章动角在允许数值之内，即具有追随稳定性；1.1.2追随稳定性为避免共振，章动角不会因共振而急剧增大。在重力作用下，速度矢量方向不断向下偏转，而1.1旋转弹丸的稳定性弹轴来不及同步地跟随速度矢量偏转，以致动力平旋转弹丸飞行的稳定性包括：陀螺稳定性、追随衡轴偏离弹道切线形成一个夹角，这个角被称为动收稿日期：2013-10-08作者简介：张维（1987—），男，硕士研究生，专业方向：火炮、自动武器及弹药工程。155EquipmentManufacturingTechnologyNo.1，2014力平衡角。弹道参数

6、、弹丸外形和质量分布情况都会影响动力平衡角。追随稳定性要求弹轴应能追随速2弹丸稳定性的设计方法度矢量的下降而下降，即动力平衡角最大值δmax控制在允许值[δp]。满足追随稳定性的条件是膛线缠度必对旋转稳定弹，可由陀螺力矩与翻转力矩的动须大于设计弹丸结构所要求的缠度。膛线缠度下限态平衡而近似求得。大射角弹道顶点附近，该角具有公式为：最大值。为了保证追随稳定性，需对动力平衡角加以-Γt限制。可采用限制转速来减小旋转弹的动力平衡角。πgμCmν0deη=下2h3计算表明，对陀螺稳定的炮弹该角一般不超过12°~!δp"H（y）νsKm（zMs）d15°，对涡轮式火箭弹则要小于2°~4°。对于尾翼

7、式中：μ为稳定性系数，C为弹道系数，d为弹径，弹，动力平衡角可通过稳定力矩与摆动阻尼力矩作mh为弹长，ν为弹丸初速。用下的动力平衡近似求得其值。计算表明，在大射角0当η>η时，就能保证动力平衡角小于允许值[δp]。小初速时，最大值约为1°~3°。下尾翼弹又称为静态稳定弹，当尾翼弹的阻心与1.1.3动态稳定性质心的距离与全长的比值为10%~15%，就能保证动态稳定性，即弹丸在全弹道上的章动运动是呈其具有良好的静态稳定性。旋转弹主要依靠