第５期（总第１８０期） ２０１３年ｌＯ月 机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮ ＮＯ．５ Ｏｃｔ． 文章编号：１６７２—６４１３（２Ｏ１３）Ｏ５—０１７２—０２ 二维弹道修正弹研究 赵磊，杜忠华 ２１００９４） （南京理工大学机械工程学院，江苏 南京摘要：针对目前国内外二维弹道修正的情况．概述了二维弹道修正常见的几种方式，并分析了脉冲修正方式 的影响因素，提出了我国弹道修正机构技术基本的发展思路。 关键词：二维弹道修正；脉冲发动机；脉冲修正 中图分类号：ＴＪ０１２ 文献标识码：Ａ ０ 引言 （１）增阻型阻力环和增阻尼型阻尼片组合：在飞 二维弹道修正即是对纵向和横向两个方向均进行 修正，以修正横向为主，通过改变俯仰力矩和偏航力矩 来控制弹丸的飞向目标；为了提高控制的准确度和降 低控制的复杂度，对旋转弹丸进行减旋，它适合与空射 型和一切对方向散步有要求的炮弹。二维弹道修正弹 的修正原理是：当弹丸发射后，由弹载ＧＰＳ或者雷达 等探测手段获取弹丸的飞行姿态、速度及位置信息，将 此信息传送入弹载处理器或者地面火控系统获取真实 弹道，并与事先装定的理想弹道进行比较，再根据弹道 偏差，解算出修正量，控制系统再控制弹上修正机构根 据修正量的大小和方向进行有限次的、不连续的动作， 行过程中，增阻型阻力环在适当位置打开，增大了炮弹 的阻尼系数，从而减小了弹箭的射程，实现了射程方向 的修正。从外弹道理论［４ ］可知，旋转稳定炮弹在飞 行过程中会产生一种弹道侧向的系统偏差，又称偏流， 而炮弹的旋转速度的变化又会直接影响偏流的大小， 增阻尼型阻尼片和阻尼环一样，可以在适当位置打开， 通过调节炮弹的极阻尼力矩来改变炮弹的转速，进而 调节炮弹的偏流，实现方向修正。组合式二维弹道修 正结构示意图见图２。 弹道测量系统 从而实现对弹丸在纵向和横向上的修正，从而修正了 由于各种原因而造成的飞行弹道的误差，使弹丸的密 集度得到了较大的提高［Ｉ－：ｑ。 １修正弹系统组成 测量数据 弹道控制 同 ｌ Ｉ存储单元ｌ地面发射装置 ： ； Ｌ…二维弹道修正弹系统结构框图如图１所示，主要 分为地面发射部分和弹载部分。地面发射部分可实现 系统激活和目标信息装定的功能；弹载部分可分为测 量系统、处理系统和执行系统，能够实现弹丸弹道诸元 的实时测量、测量数据接收及存储、弹道解算、控制指 令发送和执行机构作动的功能，根据系统功能又分为 执行机构部分和控制系统部分。 ２几种常见的二维弹道修正方式 二维弹道修正包括横向修正（即方向修正）和纵向 一………… …．ｊ ： ………………………………弹载处理器 ……………………………………。…………………………ｉ Ｊ 弹载装置 图１二维弹道修正弹系统结构框图 （２）使用脉冲发动机进行弹道修正：在指定的飞 行位置点燃安装在炮弹中的脉冲发动机，通过脉冲发 动机喷射出的高速气流来改变炮弹的飞行速度和方 修正（即射程修正）。相对于一维弹道修正，二维弹道 修正要复杂得多，比如弹道的稳定性、执行机构的设计 与优化等都是二维弹道修正技术中的关键问题。目 前，实现二维弹道修正主要有以下几种方式： 收稿日期：２０１３—０３—１１；修回日期：２０１３—０４—１８ 向，实现射程和方向的修正。 （３）采用空气动力鸭舵机构：通过控制系统控制 舵片在适当位置展开适当的角度，改变炮弹的升力，达 到射程修正和方向修正的功能。这种修正方式的执行 机构结构比较复杂，而且微型化问题是关键。最具有 作者简介：赵磊（１９８８一），男，安徽无为人，在读硕士研究生，主要研究方向为智能弹药。 ２０１３年第５期 赵磊，等：二维弹道修正弹研究 ・ １７３ ・ 代表性的是美国的制导一体化引信（Ｇｕｉｄａｎｃｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｆｕｚｉｎｇ，ＧＩＦ）技术。 作用时间也会对修正能力造成影响，作用时间增长，脉 冲力会有一部分相互抵消，使得脉冲力在修正方向上 的合力变小，降低了弹道修正的能力。而且，由于作用 时间的增加，脉冲修正的时间间隔也会随之变大，从而 导致接下来的脉冲作用时间发生延迟，而修正会在修 正方向上产生积累效果，因此就会减弱脉冲弹道的修 正能力。 脉冲修正时机的选取同样也是十分关键的，修正 时机不同，对弹道的修正效果也会不同。以一次脉冲 图２ 组合式二维弹道修正结构示意图 （４）阻尼环和横向脉冲组合：阻尼环在飞行过程 中适时地展开，增大了炮弹飞行受到的阻力，达到了射 程修正的目的；飞行过程中通过脉冲发动机给炮弹一 个横向的脉冲力，产生一个横向速度，实现了方向修正 的功能。 修正为例，通过研究得出：在相同大小脉冲的作用下， 修正时间越早，产生的修正距离也越大，即修正能力越 强，最终的修正效果越差。这主要是因为炮弹在飞行 过程中会受到很多不确定因素的干扰，而如果修正时 间过早，在接下来的飞行中，这些不确定的扰动又会造 后３种只适用于低速旋转或者不旋转的炮弹，因 为在高速旋转的炮弹上控制过程十分复杂，难以实现。 在弹道修正技术中，执行机构的设计是非常关键的一 部分。 ３脉冲修正的基本原理及其影响因素 ３．１脉冲修正的基本原理 成炮弹飞行轨迹的偏离，越晚进行修正反而会得到越 好的修正效果。因此，脉冲修正时机就需要根据工程 实际来合理地进行选择。 脉冲发动机的布置包括脉冲发动机的数量及其布 置位置和方式，都会对最终的修正结果造成不小的影 响。从数量上来说，对于相同参数的脉冲发动机，数量 越多，其修正效果必然越好。不过已有弹体的内部空 间是一定的，因此不可能无地通过增加脉冲发动 机的数量来改善修正效果，这是不现实的。目前是通 过将脉冲发动机的数量和每一个脉冲发动机参数进行 综合设计，来达到改善修正效果的目的。而脉冲发动 机的安装位置不同，它对弹体的作用方式也是不同的。 安装在质心位置时，为力控制方式；安装在质心前后一 段距离的位置时，为力控制方式和力矩控制方式的综 合。前者相比于后者的优势在于炮弹的飞行稳定性更 好，但是修正能力却不如后者强。 此外，炮弹的旋转角速度、探测器的角度测量以及 弹道风等等均会对脉冲修正的最终结果产生不同程度 的影响。 脉冲弹道修正方式，主要是通过在原普通炮弹弹 体的质心位置或者质心附近位置周向均匀安装若干个 小型的脉冲发动机，在指定时间由脉冲发动机喷射出 燃气流，喷流的反作用力对炮弹产生控制力或控制力 矩，从而改变炮弹的弹道倾角、飞行速度以及偏角，达 到快速弹道修正的目的。而根据安装的位置不同，脉 冲发动机又分为力操作方式和力矩操作方式。脉冲发 动机安装在质心位置的属于力操作方式；而安装在质 心附近位置的，除了会有一个控制力外，还会产生一个 控制力矩。该修正方式具有结构简单、成本低廉等优 点，是常规弹药智能化改造的常用。但是由于该 控制方式是在很短的时间内就改变了炮弹的飞行状 态，因此对精度的要求很高，在目前的技术水平下，还 很难在高速旋转的炮弹上实现该方式的修正。因此目 前脉冲发动机主要应用于尾翼稳定或旋转速度较低的 末端修正弹 ］。 ３．２影响脉冲修正结果的因素 ４结束语 由于该弹道修正方式对精度要求很高，那么研究哪 些因素会对弹道修正结果造成影响就显得尤为重要。 首先，脉冲发动机本身的性能特性就是一个很重 要的影响因素。脉冲发动机所提供的推力的误差很明 显地会对弹道修正的结果造成直接的影响。在同等的 作用时间下，推力不同，脉冲发动机对炮弹产生的冲量 也就会有不同，而炮弹的质量是一定的，这样就会使得 炮弹所获得的横向或者纵向的速度发生变化，随着时 间的积累，最后形成弹道修正方向和炮弹落点上的误 差。脉冲发动机所能提供的冲量越大，对弹道的修正 能力就越强。再有就是脉冲发动机所提供的脉冲力的 维弹道修正技术作为弹道修正技术发展的初始 阶段，是当前弹道修正技术的主流，其技术相对简单， 易于实现，且国外的技术已经相对比较成熟。而二维 弹道修正弹目前正处于研制发展阶段，有的国家在二 维弹道修正技术上已经取得了一些研究成果。由于国 内对弹道修正技术的研究比较晚，开始于２０世纪９０ 年代，因此很多方面和国际领先水平还有着很大的差 一距。２１世纪以来，我国国内在执行机构、空气动力特 性、弹道测量、一维弹道信息解算等方面都取得了显著 的成果，但是二维弹道修正技术的研究尚处于起步阶 段，还有很多工作需要做。总之，二维弹道修正技术是 常规弹药发展的主要方向，目前其正朝着射程更远、精 度更高的方向发展。 （参考文献和英文摘要转第１７５页） ２０１３年第５期 机械工程与自动化 ・ １７５ ・ 其工作原理如下：通过拉绳传感器６和行驶马达 与现有技术相比，本自适应输料液控系统具有以 ５分别检测铣刨深度和行驶速度，数据采集装置８实 下优点： 时采集传感器的模拟输出信号并转换为数字量，通过 （１）实现了铣刨机输料速度与铣刨深度和行驶速 与控制器７通信，将实时数据发送给控制器进行处理； 度的自适应控制，能有效提高液压系统的效率，在铣刨 控制器经过内部运算，计算出该工况下最佳匹配的输 深度和行驶速度较小场合尤为明显。 出信号，通过模拟输出装置８转换成相应的模拟量来 （２）铣刨机输料速度得到了有效的控制，延长了 控制电磁比例变量泵２的排量变化，使输料速度与实 输料皮带、上下托辊、轴承等易损件的使用寿命，为使 际工况相适应。 用者带来了实实在在的利益。 （。（３）液压泵大部分时间在小排量下工作，减少了 系统满负荷运行时间，延长了液压元件的使用寿命。 Ｉ ｌ ３结论 本文提出的铣刨机输料自适应控制液控系统，能 有效地改善目前铣刨机的输料皮带易磨损、使用寿命 短的现状。同时，铣刨深度和行驶速度的检测采用铣 刨机自带拉绳传感器和行驶马达速度传感器，无需额 外增加其他硬件，降低了系统的开发成本。 参考文献： １一电机；ｚ一电比例输料泵｛３一一级输料马达｝４一二级输料马达； Ｆ１］吴劲松，唐玉庆，陈飞．等．路面铣刨机前出料门离地高度 ５一行走马达（带转速传感器）；６一拉绳深度传感器； 自适应装置：中国，ＣＮ２００９２００４８７８９［Ｐ］．２０１１—０８—１１． ７一控制器；８一数据采集及模拟输出装置 －ｉ２３王进，李天富。汪建利，等．铣刨机智能风扇的研究与设计 图３铣刨机输料液控系统原理图 ［Ｊ］．机械工程与自动化．２０１ｌ（４）：１４４—１４６． Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｍｉｌｌｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ ＧＯＮＧ Ｘｉａｎ，ＷＡＮＧ Ｊｔａｎ－ｌｉ。ＷＡＮＧ Ｈｕａｎ （Ｈｕｎａｎ Ｓａｎｙ Ｒｏａｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０１００。Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｉｎｔｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｅｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓ ｎｅｗ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｓｙｓｔｅｍ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｂｅｌｔｓ．ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ；ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｓｙｓｔｅｍ；ａｄａｐｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ （上接第１７３页） 及技术研究［Ｄ１．南京：南京理工大学，２００８：１－２． 参考文献： ［４］徐明友．火箭外弹道学ＥＭ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学出 ［１］ 高敏，张强．弹道修正弹实际弹道探测技术综述［Ｊ］．弹道 版社，２００４． 学报．２００３（１）：９１－９６． ［５３韩子鹏．弹箭外弹道学［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社， ［２］赵金强，龙飞，孙航．弹道修正弹综述［Ｊ］．制导与引信。 ２００８． ２００５，２６（４）：１６—１９． ［６］杨慧娟，霍鹏飞。黄铮．弹道修正弹修正执行机构综述 ［３］赵捍东．脉冲发动机提供控制力的火箭弹弹道修正理论 ［Ｊ］．四川兵工学报，２０１１，３２（１）：７－９． Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ２－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｔｒａｊ ｅｃｔｏｒｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｊ ｅｃｔｉｌｅｓ ＺＨＡＯ Ｌｅｉ，ＤＵ Ｚｈｏｎｇ－ｈｕａ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ２－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ａｌｌ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ。ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｏｕｔｌｉｎｅｓ ｓｅｖｅｒａｌ ｗａｙｓ ｏｆ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｎ ２－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｎ ｉｍｐｕｌｓｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｎ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：２－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；ｐｕｌｓｅ ｅｎｇｉｎｅ；ｉｍｐｕｌｓｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ
