留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

高致密弹携式蜂群布局与多体分离方案

富佳伟 王辰

富佳伟,王辰. 高致密弹携式蜂群布局与多体分离方案[J]. 北京航空航天大学学报,2023,49(7):1630-1638 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0508
引用本文: 富佳伟,王辰. 高致密弹携式蜂群布局与多体分离方案[J]. 北京航空航天大学学报,2023,49(7):1630-1638 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0508
FU J W,WANG C. Configuration and multibody separation scheme of compact missile swarm[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2023,49(7):1630-1638 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0508
Citation: FU J W,WANG C. Configuration and multibody separation scheme of compact missile swarm[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2023,49(7):1630-1638 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0508

高致密弹携式蜂群布局与多体分离方案

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0508
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:fjw15210591734@163.com

  • 中图分类号: V221.3

Configuration and multibody separation scheme of compact missile swarm

More Information
  • 摘要:

    为解决蜂群突防能力弱、作战半径小的弱点,加快形成分布式协同作战的平台级能力,提出一种弹携式蜂群无人机作战系统,利用导弹载体内埋搭载多架小型低成本无人机,通过导弹-蜂群多级运载的战术制定,实现蜂群的快速有利部署。采用兼顾总体相容性的气动布局优化设计技术,综合运用布局选型、数值仿真分析及风洞试验验证,完成一种高致密嵌入式的蜂群布局方案设计,依靠对翼面折叠的小型无人机沿集束柱周向布置的内埋措施,可实现单枚导弹搭载80架小型蜂群无人机的运载能力。针对导弹-蜂群高速多体分离的设计难点,采用优化的分离策略设计,基于改进延迟分离涡模拟方法及重叠网格技术进行蜂群多体分离仿真,结果能够满足蜂群无人机的安全分离。最终的设计方案既保证了蜂群多体量饱和式攻击的作战效能,又实现了系统突防能力和续航能力的显著提升,可满足未来强对抗战场的多种作战使用需求。

     

  • 图 1  弹携式蜂群系统组成

    Figure 1.  Composition of missile swarm system

    图 2  导弹载体外形与内部布置

    Figure 2.  Shape and interior layout of missile carrier

    图 3  蜂群无人机方案示意图

    Figure 3.  Diagram of UAV swarm scheme

    图 4  翼面折叠示意图

    Figure 4.  Diagram of wing folding

    图 5  蜂群无人机多体分离方式

    Figure 5.  UAV swarm multi-body separation mode

    图 6  蜂群作战概念对比示意图

    Figure 6.  Comparative schematic of swarm operation conception

    图 7  蜂群无人机三面图

    Figure 7.  Three sides diagram of UAV swarm

    图 8  试验模型安装情况

    Figure 8.  Installation of test model

    图 9  升阻特性曲线

    Figure 9.  Lift and drag characteristic curves

    图 10  舵面偏转引起纵向气动力增量曲线

    Figure 10.  Longitudinal aerodynamic increment curves by deflection

    图 11  舵面偏转引起横航向气动力增量曲线

    Figure 11.  Lateral aerodynamic increment curves by deflection

    图 12  无人机多体分离计算模型示意图

    Figure 12.  Diagram of UAV multibody seperation computational model

    图 13  计算模型嵌套网格

    Figure 13.  Computational mode nested grid

    图 14  蜂群无人机分离轨迹图

    Figure 14.  UAV swarm separation trajectory map

    图 15  空间压力云图

    Figure 15.  Space pressure contours

    图 16  优化后无人机分离轨迹图

    Figure 16.  UAV swarm separation trajectory map after optimization

    图 17  优化后1号无人机分离俯仰角和y向位移变化曲线

    Figure 17.  Optimized NO.1 UAV sepration pitch angle and y-directim displacement variation

    表  1  气动布局方案和设计依据

    Table  1.   Aerodynamic configuration scheme and design basis

    需求约束设计依据布局特征
    巡航要求保证50~70 m/s低速飞行
    续航时间1 h,提升设计点
    最大升阻比,增升减阻
    大展弦比平直机翼
    较薄的低速高升力
    翼型
    超声速无动
    力滑翔
    不损失低速巡航能力前提
    下,有效抑制滑翔阶段激
    波阻力
    小钝头前机身
    中等后掠机翼
    模块化装载要求能根据不同作战分工装载
    不同侦察、传感、电子对
    抗、弹药等模块化设备
    载荷
    机身头部模块化
    侦察、打击设备
    尾部推进装置
    高密度填充要求保证内部模块化装载同时,
    提高填充空间利用率
    折叠下单翼
    折叠全动V尾
    翼面折叠要求翼面蜂巢填充时应折叠
    收放便于高效利用空间
    下载: 导出CSV

    表  2  分离初始条件

    Table  2.   Separation of initial conditions

    MaH/km初始速度/(m·s–1)初始角速度/(rad·s–1)
    1号3号5号
    1.265000
    下载: 导出CSV

    表  3  优化后初始条件设计值

    Table  3.   Design value of initial conditions after optimization

    MaH/km初始速度/(m·s–1)初始角速度/(rad·s–1)
    1号3号5号
    1.2691266
    下载: 导出CSV
  • [1] 蒋琪, 申超, 张冬青. 认知/动态与分布式作战对导弹武器装备发展影响研究[J]. 战术导弹技术, 2016(3): 1-6. doi: 10.16358/j.issn.1009-1300.2016.03.01

    JIANG Q, SHEN C, ZHANG D Q. Research on the influence of cognitive/dynamic and distributed operations on the development of missile weapons and equipment[J]. Tactical Missile Technology, 2016(3): 1-6(in Chinese). doi: 10.16358/j.issn.1009-1300.2016.03.01
    [2] 时东飞, 蔡疆, 黄松华, 等. 美国空军“战斗云”作战理念及启示[J]. 指挥信息系统与技术, 2017, 8(3): 27-32. doi: 10.15908/j.cnki.cist.2017.03.005

    SHI D F, CAI J, HUANG S H, et al. Operational concept and enlightenment of United States air force “combat cloud”[J]. Command Information System and Technology, 2017, 8(3): 27-32(in Chinese). doi: 10.15908/j.cnki.cist.2017.03.005
    [3] 王彤, 李磊, 蒋琪. “进攻性蜂群使能战术”项目推进无人蜂群能力发展分析[J]. 战术导弹技术, 2020(1): 33-38. doi: 10.16358/j.issn.1009-1300.2020.1.503

    WANG T, LI L, JIANG Q. Offensive swarm-enabled tactics program promotes the development of unmanned swarm capability[J]. Tactical Missile Technology, 2020(1): 33-38(in Chinese). doi: 10.16358/j.issn.1009-1300.2020.1.503
    [4] 贾永楠, 田似营, 李擎. 无人机集群研究进展综述[J]. 航空学报. 2020, 41(S1): 723738.

    JIA Y N, TIAN S Y, LI Q. Developemnt of unnamed aerial vehicle swarms[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica. 2020, 41(S1): 723738 (in Chinese).
    [5] HURST J. Robotic swarms in offensive maneuver[J]. Joint Force Quarterly, 2017(87): 105-111.
    [6] FISHER N , GILBERT G R. Unmanned systems in support of future medical operations in dense urban environments[J]. Journal of Article, 2016, 4(14): 48.
    [7] SADRAEY M H. Manned-unmanned aircraft teaming[C]//2018 IEEE Aerospace Conference. Piscataway: IEEE Press, 2018: 1-12.
    [8] United States of America Defence Science Board. Summer Research Report of Defence Science Board—Autonomous Technology: 20301-3140 [R]. Washington D. C : United States of America Defence Science Board, 2016
    [9] SATHE A, PANT R. Conceptual design studies of an unmanned combat aerial vehicle[C]// AIAA Aviation Technology, Integration, and Operations. Reston: AIAA, 2013.
    [10] 宋威, 艾邦成. 多体分离动力学研究进展[J]. 航空学报, 2022, 43(9): 25590. doi: 10.7527/j.issn.1000-6893.2022.9.hkxb202209015

    SONG W, AI B C. Multibody separation dynamics: Review[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2022, 43(9): 25590(in Chinese). doi: 10.7527/j.issn.1000-6893.2022.9.hkxb202209015
    [11] JEYAKUMAR D, RAO B N. Dynamics of satellite separation system[J]. Journal of Sound and Vibration, 2006, 297(1-2): 444-455. doi: 10.1016/j.jsv.2006.03.035
    [12] 唐上钦, 黄长强, 翁兴伟. 考虑气动干扰的导弹内埋式发射弹道研究[J]. 弹箭与制导学报, 2013, 33(3): 138-142. doi: 10.3969/j.issn.1673-9728.2013.03.038

    TANG S Q, HUANG C Q, WENG X W. The study on trajectory of missile separating from cavity with aerodynamic interference considered[J]. Journal of Projectiles, Rockets, Missiles and Guidance, 2013, 33(3): 138-142(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1673-9728.2013.03.038
    [13] WANG Y J, WANG H B, QIAN F X, et al. Investigation on separation interference of typical multi-body vehicle in supersonic conditions[C]// 2013 Fourth International Conference on Digital Manufacturing & Automation. Piscataway: IEEE Press, 2013: 732-735.
    [14] 张群峰, 闫盼盼, 黎军. 内埋式弹舱与弹体相互影响的精细模拟[J]. 兵工学报, 2016, 37(12): 2366-2376. doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2016.12.024

    ZHANG Q F, YAN P P, LI J. Elaborate simulation of interaction effect between internal weapon bay and missile[J]. Acta Armamentarii, 2016, 37(12): 2366-2376(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2016.12.024
    [15] 黄蓓, 王浩, 王帅, 等. 薄片状体沉降过程中的多体干扰流场特性[J]. 弹道学报, 2012, 24(1): 41-46. doi: 10.3969/j.issn.1004-499X.2012.01.009

    HUANG B, WANG H, WANG S, et al. Flow field characteristics of multi-plates interference in descent[J]. Journal of Ballistics, 2012, 24(1): 41-46(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1004-499X.2012.01.009
  • 加载中
图(17) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  348
  • HTML全文浏览量:  73
  • PDF下载量:  60
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-01
  • 录用日期:  2021-10-11
  • 网络出版日期:  2022-02-18
  • 整期出版日期:  2023-07-31

目录

    /

    返回文章
    返回
    常见问答