无伞末敏弹大攻角扫描运动稳定性分析

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaOct．252015V01．36No．103411—3417ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：Mhkxbbuaa．educnhkxb@buaa．edu．CFI无伞末敏弹大攻角扫描运动稳定性分析舒敬荣1’*，杨玉林2，张婷1，杨海波11．陆军军官学院二系，合肥2300312．陆军军官学院科研部，合肥230031摘要：针对无伞末敏弹稳态扫描时做大攻角圆运动的特点，求取了其在一般形式赤道阻尼力矩作用下攻角方程的近似解析解。在此基础上，运用振幅平面法分析了此种情况下的运动稳定

2、性。结果表明：与在二次方赤道阻尼力矩作用下无伞末敏弹不可能形成稳定大攻角圆运动以实现稳态扫描不同，在考虑大攻角时赤道阻尼力矩不仅与攻角大小有关，还与攻角变化率有关，且章动阻尼与进动阻尼特性不同时，弹丸所受赤道阻尼力矩为一般形式的阻尼力矩情况下，无伞末敏弹可以形成稳定大攻角圆运动，并推导出了此种情况下实现稳态圆运动应满足的条件，给出了算例，为无伞末敏弹的结构设计和气动设计提供了理论参考。关键词：末敏弹；灵巧弹药；大攻角；运动稳定性；圆运动；稳态扫描中图分类号：V212；TJ4lO．1文献标志码：A文章编号：1000—6893(2015)10—341卜07无伞末敏弹在下降

3、过程中对目标区进行螺旋扫描时，为满足地面扫描间距不大于目标最小宽度一半及扫描覆盖区足够大的战术技术要求，弹轴必然绕铅直下降轴成一定角(一般在30。左右)匀速旋转。此时，从飞行力学的角度来看，一是弹丸处于大攻角运动状态；二是此时弹丸的运动只有围绕速度轴的进动运动，而无章动运动，在运动形态上属于圆运动。不管是大攻角状态还是圆运动状态，都有一个运动稳定性问题。如果此时运动不稳定，就不能形成稳态扫描运动，也就不可能在地面上形成均匀内螺旋扫描线，末敏弹就无法扫描目标并毁伤目标。关于无伞末敏弹，国外文献资料很少，能搜集到的少量文献[1q]均未涉及到运动稳定性问题。在国内，自文献[

4、5—7]以单翼末敏弹为研究对象开创国内无伞末敏弹研究领域先河以来，研究工作方兴未艾。顾建平和韩子鹏将单翼末敏弹的扫描特性与有伞末敏子弹进行比较[8]，并建立了单翼末敏弹的四元数动力学模型[9]。王爱中、周思渊、王刘星以及史金光等对双翼无伞末敏弹的扫描运动模型及扫描特性进行了专门研究[1∞14]。胡志鹏和吕胜涛等对平板双翼、S—C型双翼和S-S型双翼的气动特性及气动外形设计进行了集中研究[15。19]，为双翼无伞末敏弹的动力学仿真计算中的气动力计算奠定了基础。周志超等设计了一种轴向折叠双翼气动外形结构，并进行了风洞试验和数值模拟[2“21

5、，为双翼无伞末敏弹的结构设计开

6、辟了思路。以上文献，都是通过受力分析建立动力学模型，进行数值仿真计算，对无伞末敏弹扫描运动形成的机理进行研究，验证弹丸在非对称空气动力作用下产生稳态扫描运动的可能性。到目前为止，没有任何文献对其扫描运动的稳定性收稿日期：2014—10-13；退修日期：2015—01—08；录用日期：2015—02-21；网络出版时间：2015—03—1814：16网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／111929V20150318．1416001．htmI基金项目：国家自然科学基金(11272356)；中国博士后科学基金(2012M521842)*通讯作者．

7、Tel．：0551—65920749E-mail：shujrl974@126com亨l用格武

8、ShuJR．YangYL．ZhangT，etal．Analysisonkineticstabilityfornon—parachuteterminalsensitiveammunition’SscanningmotionatlargeangleofattackEJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2015．36(10)：3411-3417．舒敬荣，杨玉林，张婷，等．无伞末敏弹大攻角扫描运动稳定性分析[Jj．航空学撮．2015．36(1

9、0)：3411-3417．航空学报Oct．252015VoI．36No．10进行过研究。本文即对这一问题进行专门研究，以期为无伞末敏弹的结构设计和气动设计提供指导。1无伞末敏弹的攻角方程由于无伞末敏弹弹体一侧安装有平行于弹轴的探测器，为保证扫描时探测器始终对地面可视，弹体在下降过程中始终以同一面对向地面，这样一来，弹体就不能围绕弹轴旋转，也就是说，可将扫描阶段的无伞末敏弹当作非旋转弹来研究。因此，其攻角方程为‘221△，，+HA7一姚一0(1)式中：△一d：+j占。为复攻角，其中文为方向攻角，艿。为高低攻角；H为角运动阻尼相关项，H一钆一b：一学+愚