导弹末敏子弹总体相关技术研究

论文摘要

导弹末敏子弹是为了提高导弹打击装甲目标的威力以及提高末敏弹的打击范围而提出的一种新概念智能子弹药。本文在末敏子弹初步总体结构设计的基础上，研究了其弹道性能、气动加热和毁伤概率等相关的关键问题，在理论上为导弹末敏子弹的早日工程实现提供有力的帮助。 文章首先根据导弹末敏子弹的工作过程以及战技指标要求，提出了一种导弹末敏子弹的总体结构。将航天器回收技术应用到导弹末敏子弹的减速系统设计中，给出了一种减速伞和旋转伞的二级减速导旋系统设计方案，还对末敏子弹的中央控制器、敏感器、战斗部和控制系统也作了初步设计。 在此基础上，将末敏子弹的弹道分为自由坠落阶段、减速伞减速减旋阶段和稳态扫描阶段三个过程来分别建模。在自由坠落阶段，将末敏子弹考虑成一个质点，建立了单质点弹道模型。在减速伞减速减旋阶段，将末敏子弹考虑成一个刚体，而把降落伞看成为一个质点，建立了质点一刚体弹道模型。在稳态扫描阶段，将降落伞考虑为柔性体，而把末敏子弹看成一个刚体，二者之间的连接作弹簧考虑，基于Kane方程法建立了刚柔耦合的多柔体动力学弹道模型。在弹道模型的基础上编制了计算程序，得到了三个阶段的弹道仿真计算结果。通过比较不同的末敏子弹的减速减旋情况，确定了导弹末敏子弹的自由坠落阶段的时间，考虑了风对稳态扫描阶段敏感器扫描的影响程度，为导弹末敏子弹的总体设计和战术使用提供了帮助。 提出了两种导弹末敏子弹的气动加热工程预测方法。其一是在定常过程中，根据热流量平衡方程，建立了求解壁面温度的数学模型。另一种是在参考焓法的基础上，根据气动热流经验公式，建立了热传导的数学模型。在模型的基础上，利用MATLAB语言和其强大的偏微分工具箱分别进行了求解，得到了末敏子弹体和降落伞的温度分布情况，为导弹末敏子弹的气动热防护提供帮助。 将末敏子弹的毁伤概率计算模型分为导弹抛撒随机模型、末敏子弹减速阶段和稳态扫描阶段随机模型、弹目交汇模型以及爆炸成型弹丸命中和毁伤目标模型四个部分，建立了末敏子弹的毁伤概率计算模型。在随机模型的基础上，应用蒙特卡洛方法计算了不同导弹抛撒状态下的末敏子弹的随机落点，提出了一种比较合理的导弹末敏子弹的抛撒条件。在分析研究三种典型装甲目标的易损性和战场使用情况的基础上，编程计算了不同导弹抛撒条件、不同末敏子弹性能参数以及不同目标状念下的末敏子弹的毁伤概率。通过比较不同条件下的毁伤概率，得到了末敏子弹的毁伤规律，为导弹末敏子弹的总体设计提供帮助。 最后，指出了一些下一步需要继续深入研究的问题并进行了展望。

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 末敏子弹的作用原理
• 1.3 国内外的研究现状
• 1.3.1 导弹子母弹战斗部的研究现状
• 1.3.2 末敏弹的研究现状
• 1.3.3 子母弹飞行动力学的研究现状
• 1.3.4 气动加热工程计算的研究现状
• 1.4 导弹末敏子弹的发展前景
• 1.5 本文的结构及作者的主要工作
• 2 导弹末敏子弹总体结构设计
• 2.1 引言
• 2.2 导弹末敏子弹的工作过程
• 2.3 导弹末敏子弹总体结构简图
• 2.4 导弹末敏子弹的结构特征数计算
• 2.5 末敏子弹减速装置设计
• 2.5.1 航天器回收方案
• 2.5.2 末敏子弹减速系统设计
• 2.5.3 减速伞的设计
• 2.5.4 旋转伞的设计
• 2.6 中央控制器设计
• 2.7 敏感器设计
• 2.7.1 毫米波辐射计探测原理
• 2.7.2 末敏子弹毫米波主被动复合探测系统设计
• 2.8 EFP战斗部设计
• 2.9 末敏子弹的控制系统设计
• 3 减速阶段动力学模型与仿真
• 3.1 引言
• 3.2 坐标系及坐标变换
• 3.2.1 地面惯性坐标系
• 3.2.2 平动坐标系
• 3.2.3 弹轴坐标系
• 3.2.4 速度坐标系
• 3.2.5 相对速度坐标系
• 3.2.6 各坐标系之间的关系
• 3.3 自由坠落阶段动力学模型
• 3.3.1 受力情况
• 3.3.2 运动方程
• 3.4 减速减旋阶段动力学模型
• 3.4.1 基本假设
• 3.4.2 受力情况
• 3.4.3 运动方程
• 3.5 算例及分析
• 3.5.1 自由坠落阶段弹道计算
• 3.5.2 减速减旋段弹道计算
• 4 导弹末敏子弹气动加热计算与仿真
• 4.1 引言
• 4.2 温度边界层
• 4.3 空气特性
• 4.3.1 标准大气特性计算公式
• 4.3.2 驻点处空气特性计算公式
• 4.3.3 边界层外缘处空气特性计算公式
• 4.3.4 空气焓值计算公式
• 4.4 热流量平衡方程
• 4.4.1 对流作用对弹头（降落伞）表面的加热
• 4.4.2 太阳辐射对弹头（降落伞）表面的加热
• 4.4.3 地球表面辐射对弹头（降落伞）表面的加热
• 4.4.5 弹头（降落伞）表面向外界空间辐射的热流量
• 4.4.6 热传导产生的热流量
• 4.4.7 热流量平衡方程
• 4.4.8 定常热过程计算
• w的函数解表达式'>4.4.9 壁面温度T_w的函数解表达式
• 4.5 气动热工程预测经验公式
• 4.6 热传导数学模型
• 4.7 Matlab环境下偏微分方程的求解能
• 4.7.1 方程类型
• 4.7.2 边界类型
• 4.7.3 PDE方程的求解
• 4.8 算例及分析
• 4.8.1 根据热平衡方程计算的天线壁面温度
• 4.8.2 根据热传导模型计算的子弹体温度分布科
• 4.8.3 降落伞的气动加热计算
• 5 多柔体系统动力学在稳态扫描段弹道中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 末敏子弹稳态扫描段动力学模型
• 5.2.1 假设
• 5.2.2 运动学分析
• 5.2.3 受力分析
• 5.2.4 用Kane方程法建立多柔体动力学方程
• 5.3 算例及分析
• 5.3.1 稳态扫描段的计算结果
• 5.3.2 试验分析
• 5.3.3 风对稳态扫描的影响
• 6 导弹末敏子弹毁伤概率模型
• 6.1 引言
• 6.2 蒙特卡洛方法
• 6.2.1 蒙特卡洛方法原理
• 6.2.2 随机数的产生
• 6.3 末敏子弹毁伤概率计算模型
• 6.3.1 末敏子弹对装甲目标的易损性分析
• 6.3.2 导弹抛撒随机模型
• 6.3.3 末敏子弹减速和稳态扫描阶段随机模型
• 6.3.4 弹目交汇模型
• 6.3.5 爆炸成型弹丸命中和毁伤目标阶段模型
• 6.3.6 末敏子弹对单个目标的毁伤效率模型
• 6.3.7 导弹末敏子弹对集群目标的毁伤效率模型
• 6.4 毁伤效率计算程序框图
• 6.5 导弹抛撒条件对末敏子弹扫描范围的影响
• 6.5.1 导弹圆概率偏差的影响
• 6.5.2 导弹抛撒高度的影响
• 6.5.3 导弹抛撒倾角的影响
• 6.5.4 导弹抛射速度的影响
• 6.5.5 本文拟采用的导弹抛撒条件
• 7 导弹末敏子弹毁伤概率计算及分析
• 7.1 引言
• 7.2 目标的战场使用分析
• 7.2.1 坦克
• 7.2.2 步兵战车
• 7.2.3 自行火炮
• 7.2.4 本章采用的目标模型
• 7.3 导弹抛撒条件对毁伤概率的影响
• 7.3.1 CEP对毁伤概率的影响
• 7.3.2 抛撒高度对毁伤概率的影响
• 7.3.3 抛撒倾角对毁伤概率的影响
• 7.3.3 抛射速度对毁伤概率的影响
• 7.4 末敏子弹性能对毁伤概率的影响
• 7.4.1 捕获准则对毁伤概率的影响
• 7.4.2 EFP密集度对毁伤概率的影响
• 7.4.3 稳态落速对毁伤概率的影响
• 7.4.4 稳态转速对毁伤概率的影响
• 7.5 目标状态对毁伤概率的影响
• 7.5.1 目标队形对毁伤概率的影响
• 7.5.2 目标速度对毁伤概率的影响
• 7.5.3 目标间距对毁伤概率的影响
• 7.6 风对毁伤概率的影响
• 7.6.1 横风对毁伤概率的影响
• 7.6.2 纵风对毁伤概率的影响
• 8 结束语
• 8.1 本文的主要研究成果
• 8.2 本文的创新点
• 8.3 需要进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读博士学位期间撰写及发表的论文