鱼雷全弹道设计.ppt

第三章 鱼雷弹道n鱼雷全弹道设计n导引弹道的相对运动方程n鱼雷制导的导引方法3-1 鱼雷全弹道设计对于一般鱼雷，整个弹道由对于一般鱼雷，整个弹道由空中弹道空中弹道（空投和（空投和火箭助飞鱼雷）、火箭助飞鱼雷）、入水和下潜弹道入水和下潜弹道、搜索弹道搜索弹道、导导引和攻击弹道引和攻击弹道及丢失目标后的及丢失目标后的再搜索弹道再搜索弹道等组成。等组成。一、空投鱼雷的空中弹道 空投鱼雷空中弹道的设计主要解决以下问题：1.通过空投鱼雷空中弹道的分析与预估，提出满足空投鱼雷空中稳定减速要求的降落伞设计指标。2.经过大量试验测量降落伞的气动特性和空中弹道，据此对空中稳定装置进行修改，最终满足鱼雷空中弹道的要求。3.由实际投放试验得到的空中弹道参数对理论弹道进行修正，最终给出反映该空投鱼雷空中弹道的射表，并给出最佳投雷区。二、入水和下潜弹道 入水和下潜弹道设计的目标是使鱼雷尽快到达设定搜索深度，浅海使用的鱼雷还要求鱼雷寻深过程中达到的最大深度(俗称袋深)不超过允许值。设计这段弹道时必须考虑到：1.鱼雷以一定的入水参数(速度、姿态、攻角、角速度)入水，经过入水冲击，从空中进到水中，鱼雷的运动参数会有相当大的、离散的、随机的变化。2.鱼雷动力系统入水后启动，才能提供动力，推力逐渐增加到稳态值，其间鱼雷处于非定常运动状态。三、搜索弹道的设计保证鱼雷捕获概率高而航程消耗小保证鱼雷捕获概率高而航程消耗小1.自导搜索方式、搜索形式和速制2.水面舰艇和潜艇发射鱼雷的自导搜索3.空投和火箭助飞鱼雷的自导搜索4.主动自导旋回搜索时的角速率限制5.线导鱼雷的搜索方式、攻击形式和导引方法四、捕获和攻击段弹道设计1.声自导 对于大多数鱼雷来说，其对目标的探测主要是目标在航行过程中所发出的噪声(被动方式下)或声反射，并通过海水的传播而到达鱼雷的自导装置，从而测定目标的有关运动参数。常见的导引规律有尾追法固定提前角导引法、自动调整提前角法和比例导引法等。2.尾流自导 尾流自导是利用敌舰的尾流来导引鱼雷攻击目标，以其不受敌水声对抗器材的诱骗和干扰的独特优点正越来越多地应用在攻击水面舰艇的鱼雷上。五、再搜索弹道 再搜索时的制导方式和再搜索形式，与鱼雷丢失目标时的制导方式及状态有关。在主动自导时丢失目标，则进行主动自导再搜索；在被动自导时丢失目标，则进行被动自导再搜索。主动自导时的再搜索弹道形式与丢失目标时目标是否核实及丢失时的距离有关，一般分为3种形式。1.目标未经过核实就丢失目标的再搜索 2.远距离丢失目标的再搜索 3.近距离丢失目标的再搜索 相对运动方程是指描述鱼雷、目标、制导站之间相对运动关系的方程。建立相对运动方程是导引弹道运动学分析的基础。1.自导相对运动方程 设在某一时刻，目标位于T点位置，鱼雷处于V点位置。在上述假定条件下，鱼雷和目标之间的相对运动方程可以用定义在攻击平面内的极坐标参量r，q的变化规律来描述。3-2 导引弹道的相对运动方程 根据图所示的鱼雷和目标之间的相对运动关系就可以直接建立相对运动方程，将鱼雷速度矢量 和目标的速度矢量 分别沿目标瞄准线的方向及法线的方向上分解，可以得到描述相对距离变化率drdt和目标线方位角变化率dqdt的相对运动方程为:VTcoscos1sinsinTTVVVVTTVVTTdrdtdqdtrqq 从方程组中可以看出，方程组包含5个未知量r、q、（或 )，而方程组只含有4个方程，无法得到确定解。为此，尚需建立一个方程，它就是描述导引方法的导引关系方程。目前，自导导引方法常见的有尾追法、平行接近法、比例导引法、固定提前角导引法等，相应的导引关系方程为：1）尾追法 2）平行接近法 q=q0=常数 3）比例导引法 4）固定提前角法 =常数0TVTV0VVkqV3-3 尾追导引法 尾追导引法是指鱼雷在攻击目标的过程中，鱼雷的速度矢量始终指向目标的一种导引方法。这种方法要求鱼雷速度矢量的提前角0VcossinTTVTTTTdrdtdqrdtq 弹道方程 假定目标和鱼雷始终在固定的攻击平面内运动，目标做等速直线运动。若取基准线平行于目标的速度矢量 ,则 。方程组改写为：cossinTTVTdrdtdqrqdt T0TcossinTVTqdrdqrq第2式去除第1式可得：令 为速度比，p为一常数，其值必须大于1，才能使鱼雷与目标的接近速度为负值，使鱼雷接近目标。进行分离变量积分后，可得/VTp10001 cossin()()sin1 cosppqqrrqq 说明了此种导引方法在任何初始条件r0和q0时，鱼雷只能从目标的尾部与目标相遇。3-4 固定提前角导引法 所谓固定提前角导引法是指鱼雷在攻击目标的导引过程中，鱼雷的速度矢量与视线保持一定的角度的导引规律。其导引方程为 =常数00VV弹道方程 固定提前角导引时，若取基准线平行于目标的运动轨迹，目标的速度大小和方向都不变，导引的几何关系如图3所示。1)当 时，得到固定提前角弹道公式为：coscossinsinTVVTVVrqrqq 000coscossinsinsinsinrqqVrqqVTdrqdqdqprqpqp2(sin)1Vp其相对运动方程组为：可以推导出:2）当 时，可以导出：3）当 时，鱼雷的提前角太大，鱼雷弹道是一个在目标周围旋转的弹道，并且不与目标相碰。2222coscos2211sin1sin0002201sinsincos1sinsinsin()()sinsin1sinsincos1sinVVVVppppVVVVVVpqqpqprrqppqqpsin1Vp0costan()tan()0222201sin()1sinVqqpqrreqsin1Vp3-5 自动调整提前角导引法 自动调整提前角导引法是一种在导引过程中由自导装置逐步建立平行接近导引关系的导引方法。在正确提前角建立之后，目标就停留在某一波瓣(这个波瓣就是声零轴)内不动，从而视线的方向保持不变。优点：导引时间短，鱼雷与目标相遇时的舷角不等于零，从而增大了鱼雷与目标相遇时目标的有效尺度。缺点：随着鱼雷接近目标，相对距离r逐渐减小，目标方位角的旋转率逐渐增大。所以，当鱼雷离目标较远时，提前角调整得较慢，导引弹道弯曲程度较小；当鱼雷离目标较近时，提前角调整加快，导引弹道的弯曲程度也随之加大，这是自动调整提前角法的一个重要缺点。3-6 比例导引法 比例导引法是指鱼雷在攻击目标的过程中，鱼雷速度矢量的旋回角速度与目标视线的转动角速度成正比的导引法。导引方程为：k为比例系数。Vkq 比例导引法具有一定普遍性。固定提前角法和平行接近法分别是比例导引系数k=1（）和k=时比例导引法的两种特殊情况。尾追导引法又是在 时固定提前角法的一种特殊情况。所以比例导引法的弹道特性介于固定提前角法与平行接近法两者之间。coscossinsinTVVTVVrqrqq 0V0V弹道方程3-7 平行接近法 鱼雷在攻击目标的导引过程中，鱼雷与目标视线在空间保持一定方向的导引法称为平行接近法。相对运动方程为：对1式积分得：因此，平行接近导引法是固定提前角导引法的特殊情况。全航行时间为：coscossinsinTVVTVVrqq0(coscos)TVVrrqt0221(cos1sin)fVVVrtpp3-8 三点法导引 所谓三点法导引是指鱼雷在攻击目标的导引过程中，鱼雷始终处于制导站与目标的连线上，因此三点法又称为重合法，导引方程为：VT 假设制导站是静止的，且目标作水平直线运动相对运动如图cossincossinOVVVVOVVVOTTVTOTTTVVTVdrdtdrdtdrdtdrdt 三点法导引最显著的优点是技术实施简单，抗干扰性能好，对目标所需的信息量最少，因此，它是线导鱼雷常用的导引方法之一。但是三点法导引也存在明显的特点，由于制导站与鱼雷和目标处于同一视线方向，鱼雷的辐射噪声严重干扰制导站对目标的量测，因此，对于采用三点法导引的线导鱼雷，对辐射噪声的量级有一定的要求，使其对目标测量的影响最小。