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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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出版历程
  • 收稿日期:  2017-05-27
  • 录用日期:  2017-08-21
  • 刊出日期:  2018-05-20

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