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两种典型低空风切变对火箭弹弹道特性的影响

陈健伟 王良明 李子杰

陈健伟, 王良明, 李子杰等 . 两种典型低空风切变对火箭弹弹道特性的影响[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(5): 1008-1017. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0358
引用本文: 陈健伟, 王良明, 李子杰等 . 两种典型低空风切变对火箭弹弹道特性的影响[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(5): 1008-1017. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0358
CHEN Jianwei, WANG Liangming, LI Zijieet al. Influence of two typical kinds of low-level wind shear on ballistic performance of rockets[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(5): 1008-1017. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0358(in Chinese)
Citation: CHEN Jianwei, WANG Liangming, LI Zijieet al. Influence of two typical kinds of low-level wind shear on ballistic performance of rockets[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(5): 1008-1017. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0358(in Chinese)

两种典型低空风切变对火箭弹弹道特性的影响

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0358
基金项目: 

国家自然科学基金 61603191

详细信息
    作者简介:

    陈健伟  男, 博士研究生。主要研究方向:弹箭飞行与控制

    王良明  男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:飞行器制导与控制技术、新型弹箭的弹道理论与技术

    通讯作者:

    王良明, E-mail: lmwang802@163.com

  • 中图分类号: TJ012.3

Influence of two typical kinds of low-level wind shear on ballistic performance of rockets

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 61603191

More Information
  • 摘要:

    针对低空风切变风场特点,基于流体力学基本原理,建立微下击暴流和低空急流2种典型低空风切变的工程化模型,以外弹道理论为基础,将风场模型与火箭弹6自由度刚体弹道模型相结合。以某型尾翼火箭弹为例,研究分析了火箭弹在主动段分别受到2种低空风切变影响下的弹道特性变化。仿真结果表明,微下击暴流和低空急流对火箭弹的飞行时间、射程、侧偏、落速及攻角特性均有影响;相比于微下击暴流,低空急流对弹箭弹道特性的影响更为显著;提高风切变风场的强度和尺度,均会增大对火箭弹弹道特性的影响程度,且风场强度是决定风切变对火箭弹弹道特性影响的主要因素。

     

  • 图 1  微下击暴流的形成过程

    Figure 1.  Forming process of microburst

    图 2  涡环模型示意图

    Figure 2.  Schematic diagram of vortex ring model

    图 3  环形圆柱内风矢量示意图

    Figure 3.  Schematic diagram of wind vector in annular cylinder

    图 4  涡环中心垂直剖面风矢量图

    Figure 4.  Wind vector diagram of vertical section of vortex ring center

    图 5  y=100 m水平剖面风矢量图

    Figure 5.  Wind vector diagram of horizontal section (y=100 m)

    图 6  1982年JAWS计划实测微下击暴流风切变风场特征图[21]

    Figure 6.  Wind field features of 1982 JAWS wind shear data showing a microburst flow pattern[21]

    图 7  NASA 1988年美国丹佛微下击暴流事故风场图[21]

    Figure 7.  Wind field of 1988 microburst event in Denver of US by NASA[21]

    图 8  低空急流风场仿真结果

    Figure 8.  Wind field simulation results of low-level jet

    图 9  低空急流实际测量数据[17]

    Figure 9.  Actual measurement data of low-level jet[17]

    图 10  不同涡环半径下高低攻角和方向攻角曲线

    Figure 10.  Pitch attack angle and yaw attack angle curves with different radii of vortex ring

    图 11  不同中心垂直诱导风速下高低攻角和方向攻角曲线

    Figure 11.  Pitch attack angle and yaw attack angle curves with different central vertical induction wind velocities

    图 12  不同急流层最大风速下高低攻角和方向攻角曲线

    Figure 12.  Pitch attack angle and yaw angle curves with different maximum wind velocities of low-level jet

    图 13  不同急流层顶高度下方向高低攻角和方向攻角曲线

    Figure 13.  Pitch attack angle and yaw angle curves with different height of low-level jet

    表  1  微下击暴流模型参数

    Table  1.   Model parameters of microburst

    参数 数值
    涡环中心坐标/m (800, 0, 600)
    涡环半径/m 1 000
    涡核半径/m 400
    中心垂直诱导风速/(m·s-1) -10
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    表  2  低空急流模型参数

    Table  2.   Model parameters of low-level jet

    参数 数值
    地面粗糙度/m 2
    基准高度/m 3.5
    基准高度风速/(m·s-1) 4
    基准高度风向/(°) 0
    急流层最大风速/(m·s-1) 10
    最大风速处高度/m 180
    最大风速处风向/(°) 30
    急流层顶高度/m 500
    急流层顶风向/(°) 60
    风速分布形状参数 0.8
    风向分布形状参数 0.3
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    表  3  火箭弹弹体参数

    Table  3.   Body parameters of rocket

    参数 数值
    弹径/m 0.122
    弹长/m 2.9
    发动机比冲/s 250
    发动机工作时间/s 3.0
    火箭弹起始质量/kg 70.0
    初始赤道转动惯量/(kg·m-2) 40.05
    初始极转动惯量/(kg·m-2) 0.147
    火箭弹初始质心位置/m 1.533
    火药质量燃烧速率/(kg·s-1) 8
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    表  4  火箭弹发射条件

    Table  4.   Launching conditions of rocket

    参数 数值
    初速/(m·s-1) 40
    射角/(°) 50
    射向/(°) 0
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    表  5  不同涡环半径下弹道仿真结果

    Table  5.   Ballistic simulation results with different radii of vortex ring

    涡环半径/m 飞行时间/s 射程/m 侧偏/m 落速/(m·s-1)
    800 101.0 33 793 -8.6 360
    900 100.5 33 708 -8.4 358
    1 000 100.2 33 672 -8.2 356
    1 100 99.8 33 662 -8.2 355
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    表  6  不同中心垂直诱导风速下弹道仿真结果

    Table  6.   Ballistic simulation results with differentcentral vertical induction wind velocities

    中心垂直诱导风速/
    (m·s-1)
    飞行
    时间/s
    射程/
    m
    侧偏/
    m
    落速/
    (m·s-1)
    5 103.0 34 102 -8.6 360
    10 100.2 33 672 -8.2 356
    15 97.4 33 203 -8.1 354
    20 94.5 32 724 -8.0 350
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    表  7  不同急流层最大风速下弹道仿真结果

    Table  7.   Ballistic simulation results with different maximum wind velocities of low-level jet

    最大风速/
    (m·s-1)
    飞行
    时间/s
    射程/
    m
    侧偏/
    m
    落速/
    (m·s-1)
    6 92.8 32 277 -2 612.1 348
    10 90.9 31 914 -2 849.9 346
    14 89.0 31 535 -3 078.2 344
    18 87.2 31 144 -3 293.2 341
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    表  8  不同急流层顶高度下弹道仿真结果

    Table  8.   Ballistic simulation results with different height of low-level jet

    层顶
    高度/m
    飞行
    时间/s
    射程/
    m
    侧偏/
    m
    落速/
    (m·s-1)
    400 91.7 32 052 -3 005.2 348
    500 90.9 31 914 -2 849.9 346
    600 90.2 31 807 -2 703.5 345
    700 89.7 31 721 -2 572.9 344
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  • [1] 张冉, 肖刚, 徐悦.TAWS低空风切变告警功能仿真验证平台设计[J].电光与控制, 2012, 19(7):51-56. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dgykz201207013

    ZHANG R, XIAO G, XU Y.A simulation and verification platform for low-level windshear warning function of TAWS[J].Electronics Optics and Control, 2012, 19(7):51-56(in Chinese). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dgykz201207013
    [2] 王建明, 潘红华, 许涛.舰载火箭炮弹道风确定探讨[J].弹道学报, 2004, 16(1):11-15. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=ddxb200401003

    WANG J M, PAN H H, XU T.Research on ballistic wind of ship-borne rocket[J].Journal of Ballistics, 2004, 16(1):11-15(in Chinese). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=ddxb200401003
    [3] 吴汉洲, 宋卫东, 张磊, 等.低空风风场建模与对弹丸弹道特性影响的研究[J].军械工程学院学报, 2015, 27(4):38-42. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=jxgcxyxb201504008

    WU H Z, SONG W D, ZHANG L, et al.Low-level wind model building and its influence on trajectory characteristic of projectiles[J].Journal of Ordnance Engineering College, 2015, 27(4):38-42(in Chinese). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=jxgcxyxb201504008
    [4] HUANG Z, LI X, DENG Y. The low-altitude wind shear and its influence upon hedgehopping[C]//World Aviation Congress & Exposition. Warrendale: SAE International, 2000: 2000-01-5570.
    [5] DIAS JR C Q, DIAS N L, FUENTES J D, et al.Convective storms and non-classical low-level jets during high ozone level episodes in the Amazon region:An ARM/GOAMAZON case study[J].Atmospheric Environment, 2017, 155:199-209. doi: 10.1016/j.atmosenv.2017.02.006
    [6] IVAN M.A ring-vortex downburst model for flight simulations[J].Journal of Aircraft, 1986, 23(3):232-236. doi: 10.2514/3.45294
    [7] 陶杨, 韩维, 吴亮.虚拟时变微下击暴流的数值仿真方法[J].应用力学学报, 2014, 31(6):847-852. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=yylxxb201406005

    TAO Y, HAN W, WU L.Numerical simulation method of virtual time-varying microburst[J].Chinese Journal of Applied Mechanics, 2014, 31(6):847-852(in Chinese). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=yylxxb201406005
    [8] 刘时杰, 徐浩军, 薛源, 等.具有湍流效应的不规则微下击暴流构建方法研究[J].飞行力学, 2014, 32(4):303-307. http://mall.cnki.net/magazine/article/FHLX201404004.htm

    LIU S J, XU H J, XUE Y, et al.Construction-method of irregular microburst with turbulence effect[J].Flight Dynamics, 2014, 32(4):303-307(in Chinese). http://mall.cnki.net/magazine/article/FHLX201404004.htm
    [9] FIEDLER S, SCHEPANSKI K, HEINOLD B, et al. A climatology of nocturnal low-level jets over North-Africa and implications for simulating mineral dust emission[C]//EGU General Assembly Conference, 2012: 4529.
    [10] NUNALEE C G, BASU S.Mesoscale modeling of coastal low-level jets:Implications for offshore wind resource estimation[J].Wind Energy, 2014, 17(8):1199-1216. doi: 10.1002/we.v17.8
    [11] 赛瀚, 苗峻峰.中国地区低空急流研究进展[J].气象科技, 2012, 40(5):766-771. http://bianke.cnki.net/Web/Article/QXKJ201205015.html

    SAI H, MIAO J F.Research progress of low altitude jet in China[J].Meteorological Science and Technology, 2012, 40(5):766-771(in Chinese). http://bianke.cnki.net/Web/Article/QXKJ201205015.html
    [12] 刘鸿波, 何明洋, 王斌, 等.低空急流的研究进展与展望[J].气象学报, 2014(2):191-206. doi: 10.11676/qxxb2014.022

    LIU H B, HE M Y, WANG B, et al.Advances in low-level jet research and future prospects[J].Acta Meteorologica Sinica, 2014(2):191-206(in Chinese). doi: 10.11676/qxxb2014.022
    [13] GREENE R A.Airborne detection of low-level wind shear[J].Journal of Aircraft, 1979, 16(12):823-827. doi: 10.2514/3.58610
    [14] 谷润平, 崔锋.飞机运行低空气象环境仿真建模分析[J].航空计算技术, 2015, 45(3):1-3. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKJJ201503001.htm

    GU R P, CUI F.Modeling and simulation of low altitude meteorological environment for aircraft operations[J] Aeronautical Computing Technique, 2015, 45(3):1-3(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKJJ201503001.htm
    [15] 张冉. 低空风切变下大型飞机建模、危险探测与控制律研究[D]. 上海: 上海交通大学, 2012.

    ZHANG R. Research on large aircraft modeling, hazards detection and control under low-level windshear[D]. Shanghai: Shanghai Jiao Tong University, 2012(in Chinese).
    [16] 高振兴, 顾宏斌.用于飞行实时仿真的微下击暴流建模研究[J].系统仿真学报, 2008, 20(23):6524-6528. http://mall.cnki.net/magazine/article/XTFZ200823055.htm

    GAO Z X, GU H B.Research on modeling of microburst for real time flight simulation[J].Journal of System Simulation, 2008, 20(23):6524-6528(in Chinese). http://mall.cnki.net/magazine/article/XTFZ200823055.htm
    [17] 肖业伦, 金长江.大气扰动中的飞行原理[M].北京:国防工业出版社, 1993:27-47.

    XIAO Y L, JIN C J.Flight principle in atmospheric turbulence[M].Beijing:National Defense Industry Press, 1993:27-47(in Chinese).
    [18] 丁祖荣.工程流体力学[M].北京:机械工业出版社, 2013:117-120.

    DING Z R.Engineering fluid mechanics[M].Beijing:Machinery Industry Press, 2013:117-120(in Chinese).
    [19] 董双林. 军用设备气候极值空中风速: GJB 1172. 14-1991[S]. 北京: 国防科学技术工业委员会, 1991.

    DONG S L. Climate extremes of military equipment: Wind speed: GJB 1172. 14-1991[S]. Beijing: National Defense Science and Technology Industry Committee, 1991(in Chinese).
    [20] ZHANG Y, SARKAR P, HU H. An experimental study of microburst-wind induced loads on a wind turbine model[C]//AIAA Applied Aerodynamics Conference. Reston: AIAA, 2013: 23-42.
    [21] WANKE C R, HANSMAN J R. A data fusion algorithm for multi-sensor microburst hazard assessment[C]//AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference. Reston: AIAA, 1992: 17-29.
    [22] 徐明友.火箭外弹道学[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2004:136-146.

    XU M Y.Exterior ballistics of rockets[J].Harbin:Harbin Institute of Technology Press, 2004:136-146(in Chinese).
    [23] 韩子鹏.弹箭外弹道学[M].北京:北京理工大学出版社, 2008:210-212.

    HAN Z P.Exterior ballistics of shells and rockets[J].Beijing:Beijing University of Technology Press, 2008:210-212(in Chinese).
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-05-27
  • 录用日期:  2017-08-21
  • 网络出版日期:  2018-05-20

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