察打一体无人直升机机弹相容性技术研究(2)
图6 发动机尾焰压力场分布(单位:Pa)Fig.6 Pressure field distribution of engine tail flame(unit:Pa)
图7 喷管轴线上压力分布Fig.7 Pressure distribution along nozzle axis
通过仿真分析可以发现:尾焰能量主要集中在轴线附近,并且温度、速度和压力沿径向急剧衰减。而AV500W无人直升机为高置平尾,后机身无口盖和快卸锁,蒙皮采用复材蜂窝夹层结构,能够承受冲击波压力。因此,在充分考虑到以上因素后,分析得出导弹尾流不会影响载机安全,随后在地面机弹相容试验中得到了验证。
3 弹道影响分析
3.1 发射角确定
由于重量限制,且导弹为激光末制导,因此AV500W无人直升机武器挂梁末端无随动挂架,导弹安装为固定角度,无法做俯仰运动。但为满足射程等方面的发射需求,通过计算,导弹安装须预设一定的安装角度。
发射角的确定需综合考虑导弹离轨姿态角、射程,载机旋翼限制、挥舞角和下洗流影响,以及直升机飞行姿态角等多方面因素,并对导弹弹道进行计算仿真。
导弹离轨姿态角可通过以下公式计算[4~6]:
式中:Jy0为导弹自身的转动惯量;a为导弹质心与后吊挂之间的距离;t1为导弹处于单吊挂的时间,t2为离轨时间。
考虑到AV500W旋翼挥舞角度和桨盘倾斜至极限位置等因素,导弹弹道距旋翼需留有一定安全距离,综合考虑多方因素,最终得出发射安装角度。
3.2 旋翼下洗流影响
直升机旋翼下洗流是一个非定常的复杂流动和周期脉动的不均匀流场。在已知直升机旋翼下洗流场的速度特性情况下,根据参考文献[7]~参考文献[9],可将此流场附加到导弹上,即可计算出其对导弹迎角、侧滑角带来的影响变化。AV500W无人直升机扰流数据如图8所示。
图8 下洗流随纵向位置变化曲线Fig.8 Curve of downwash flow with longitudinal position
导弹相对下洗流场气流速度可表示为:
则相对迎角和相对侧滑角表示为:
式中:vr为相对下洗流速度,v0为导弹速度。求得相对迎角αr和相对侧滑角βr,即可求出气动力和力矩。
式中:Ma=vr/a为马赫数;ρ为大气密度;S为导弹特征面积;L为导弹长度;c,m分别为气动力和力矩系数。将计算出的气动力和力矩代入导弹运动方程,则可计算出导弹穿越下洗流的运动轨迹。仿真初始条件为:发射时载机速度分悬停发射和前飞发射两种状态。仿真表明直升机扰流对离轨姿态角影响小于0.5°,对离轨角速度影响小于5(°)/s。因此,可以得出旋翼下洗流对导弹轨迹影响很小,且不会对飞机安全产生影响。如图9~图12所示。
图9 悬停时扰流区位移曲线Fig.9 Turbulence location shift curve when hovering
3.3 导弹弹道
在确定导弹发射角以及充分考虑旋翼下洗流等影响因素后,对导弹弹道进行计算,结果见表1。
经论证,针对上述弹道,在一定的干扰条件下,姿控系统满足稳定跟踪回路的要求,制导控制系统可以满足在给定投放条件下最大射程、导弹落速、俯仰角及弹道倾角、射向角范围以及落点精度等指标要求。
图10 悬停时扰流区飞行状态Fig.10 Hovering spoiler zone flight state
图11 前飞时扰流区位移曲线Fig.11 Turbulence location shift curve for forward flight
4 试验验证
在经过充分的论证和仿真分析之后,无人直升机在地面进行了机弹相容试验(见图13),并将试验数据导入模型仿真分析中,修正计算结果。
2017年11月,AV500W察打无人直升机在格尔木昆仑山海拔4300m 处试验场成功试射了一枚空地导弹,验证了其高原坏境下的打击能力。如图14所示。此后,于2018年相继完成了平原地区飞行靶试任务,导弹成功命中靶标。试验结果表明,导弹发射过程中载机平台最大瞬态响应为航向角0.8°、滚转角1.9°、俯仰角1°,响应持续时间为2s,之后载机平台迅速恢复稳定状态,与响应曲线基本一致。仿真弹道与实际试验弹道曲线如图15所示。
通过对比分析,实际弹道轨迹与仿真基本吻合,导弹击中靶标位置距靶心小于0.4m,充分验证了机弹相容设计方法的正确性及导弹的命中精度。
图12 前飞时扰流区飞行状态Fig.12 Turbulence zone flight condition during forward flight
图13 AV500W地面机弹相容试验Fig.13 AV500W ground compatibility test
表1 导弹弹道计算Table 1 Missile trajectory calculation高度/m 50 100 150 200 1000射程/km 3.4~5.0 3.5~5.0 3.6~5.0 3.7~5.0 4.2~5.0落速/(m/s)214~183 215~186 215~187 216~191 232~216俯仰角/(°)-12.8~-~-~-~-~-17.9倾角/(°)-13.9~-~-~-~-~-21.8
文章来源:《弹道学报》 网址: http://www.tdxbzz.cn/qikandaodu/2021/0402/386.html