關于武器外掛物投放安全性分析方法研究

殷桐

摘 要：軍用飛機在執行飛行任務中，經常會因為任務需要將飛機外部掛載的武器或者油箱投放出去。但是受外部環境和外掛物自身性質的影響，很容易發生投放過程中外掛物同機身相互碰撞的情況，嚴重影響飛機的正常飛行，所以，外掛物投放安全性問題一直是國內外的研究熱點和研究重點。為了保證殲擊機投放武器外掛物的投放安全性，本文使用歐拉公式對外掛物的投放安全性分析方法進行研究。

關鍵詞：外掛物；投放安全性；滑翔彈；流場計算

飛行中的飛機投放外掛物經常會在氣動力的作用下出現外掛物碰撞機身的情況，因此需要對投放過程進行試驗分析，確定最佳的外掛物投放軌跡，保證飛機飛行安全。一般外掛物投放安全性研究方法包括飛行試驗、風洞試驗和數值模擬三種，其中飛行試驗是最直接可以判斷投放安全性的方法，但是費用高，安全系數小。風洞試驗是上世紀六十年代興起的一種模擬實驗方法，具有費用較低廉，安全系數高，試飛安全的特點，是常用的投放安全性試驗方法。本文在風洞試驗的基礎上加入了仿真計算和投放試驗，仿真計算提高風洞試驗的精確性，投放仿真彌補投放試驗的不足，提高投放試驗的安全性，提高工作效率。

1 歐拉方程求解

歐拉方程的積分形式為：

t∫ΩWdΩ+∫SF·ndS=0

中心有限體積離散

ddtW+R=0；式中：2R=QV，

Q的計算方法為：Q=∑k=kmaxk=1（F·nds）k

2 滑翔彈投放軌跡

為了使研究結果更具科學性和可靠性，筆者針對投放的滑翔彈建立兩個坐標系來記錄其飛行軌跡。我們設地面坐標系（X′，Y′，Z′），其原點G；第二個坐標系設置為同滑翔彈固連的運動坐標系（X，Y，Z），原點為B。

滑翔彈在空中運動的軌跡也是通過該坐標系的同地面固定坐標系之間的歐拉角（ψ，θ，φ）表示。由于滑翔彈在空中處于運動狀態，隨著其空中姿態的不同，歐拉角（ψ，θ，φ）也會隨時間的推移發生變化。我們找到了角速度和歐拉角之間的關系式：

dφdt=ωx+tanθωysinφ+ωzcosφ

dθdt=ωycosφ+ωzsinφ

dψdt=1COSθ（ωysinφ+ωzcosφ）

3 投放高度對投放安全性的影響

我們所有的數據分析均從滑翔彈彈射出機身，也就是投放開始的那一刻為準。

滑翔彈的俯仰角（θ）定義為，滑翔彈彈身軸線同載機機身軸線的夾角，同時規定以沿軸線方向抬頭為正；位移值（Y）定義為，滑翔彈重心在飛機對稱面豎直方向的位移量；同時，滑翔彈的CTS投放試驗狀態為：Ma=0.6、0.8、0.9，H=5km、8km。仿真計算狀態為：Ma=0.6、0.8、0.9；H=5km、8km、3km、13km。我們對投放高度對滑翔彈的投放安全性進行試驗，試驗結果如下圖所示：

從上圖中可以明顯看出，隨著投放高度的增加，滑翔彈受到的氣動力降低，其俯仰角的震蕩周期增長，滑翔彈能夠達到的最大正值也隨之增加，其達到所需要的時間也隨之推長。

從上圖中可以看出，隨投放高度的增加，滑翔彈重心在X方向上的位移值減小，在Y方向上的位移值基本不變。

4 投放安全性分析

從實驗結果分析，在投放初期，滑翔彈Y方向離飛機非常近，這時如果俯仰角為正值，滑翔彈同機身碰撞的機率就很大。所以，筆者建議，當飛機處在較低速、高空飛行時，最好保證滑翔彈（投射物）俯仰角小于3°，此時，滑翔彈（投射物）在Y方向上的位移值約為1m，不會對飛機造成很大的威脅，只要滑翔彈（投射物）已經離開機身0.5s，那么其距離機身已經有一個彈身長度。因此，在Ma=0.6～0.9，H=3～13km的范圍內，滑翔彈（投放物）可以安全投放。

5 結論

以上試驗證明，投放仿真計算結合試驗的分析方法實際可行，如果要保證武器外掛投放的安全性，需要保證投放物的俯仰角小于3°，其Ma=0.6～0.9，H=3～13km。

參考文獻：

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[2]車競，唐碩，謝長強.空射導彈發射初始彈道數值仿真[J].空氣動力學學報，2006，24（2）：205208.