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火炮膛线缠角误差对空炸引信定距精度影响及补偿方法

更新时间:2016-07-05

定距空炸弹药主要用于打击一定距离内隐藏在工事掩体或建筑物后方的有生目标[1],而配用电子时间引信是实现精确定距空炸功能的主要手段. 电子时间引信的定距精度是影响定距空炸弹药空炸精度的主要因素之一,而炮口初速误差是影响电子时间引信定距精度的主要因素. 马少杰等[2]将炮口初速定义为影响定距精度的3类因素之一,并且炮口初速可以进行直线插值修正. 基于炮口初速修正的电子时间引信是目前实现弹药高精度定距空炸的主要方式之一.

对于弹丸的炮口自测初速,非旋转弹丸可采用炮口磁铁-感应线圈的测速方法来获得[3];旋转稳定弹可以采用计转数地磁测速的方法来获得. 齐晓红等[4]提出一种将地磁传感器技术引入到引信设计中,由地磁传感器多次测量弹丸的旋转周期,并通过弹丸的平均旋转周期换算为实际初速. 李炜昕等[5]提出了基于磁传感器的记转数测速原理,提出了一种炮口初速修正弹丸起爆时间的定距系统. 薛百文等[6]提出了一些火炮膛线在加工制造方面出现的偏线、膛线起点不均匀和波纹等现象,并指出膛线质量问题对弹丸发射的影响. 郭琦等[7]基于膛内灰度分布特点,应用数据拟合方法求得火炮膛线真实的缠角,提供了一种测量火炮膛线的方法. 许耀峰等[8]以建立的大口径火炮线膛身管与制导炮弹耦合动力学有限元模型为基础,计算了深、浅两种膛线深度下不同膛线形式下的弹炮应力、挤进阻力和弹炮动力学响应,得到了不同膛线对弹丸运动的影响. 周利东等[9]提出了一种将功能模拟信息作为Bayes可靠性评估的先验信息的方法,可通过小样本分析引信的可靠性.

在已知文献中,关于旋转稳定弹丸的计转数地磁测速大多数以提高传感器的灵敏度或提高时基的计时精度来提高测速精度为目的,并未考虑火炮膛线缠角(缠度)的加工制造误差对引信测速精度的影响.

本文以旋转稳定弹丸的计转数自测速修正电子时间引信为基础,分析了火炮膛线缠角的加工制造误差对引信的定距精度的影响,并提出了一种基于引信用装定器实现膛线缠角误差补偿方案.

1 基于旋转弹丸的测初速模型

旋转稳定弹丸是由线膛火炮发射,其旋转运动角速度与发射弹丸的火炮身管膛线以及弹丸速度直接相关. 火炮身管内有若干条膛线,火炮的膛线分为等齐膛线和渐速膛线,膛线沿膛壁旋转1周前进的距离称为导程[10]. 导程与火炮的身管口径有如下关系,

h=ηD

(1)

Ma Shaojie,Zhang He.Classification and modification for ranging error of air bursting range fuze [J].Journal of Ballistics,2008,20(3):75-78.(in Chinese)

以等齐膛线为研究对象,等齐膛线的导程、缠度和缠角的关系如图所示.

根据图1可知,导程与缠角的关系,

tan θD/h

(2)

式中θ为缠角.

图1 等齐膛线的导程、缠度和缠角关系 Fig.1 Relationships of rid rifling between helical pitch、winding angle and twist

由式(1)(2)联立可得缠度与缠角的关系,

五是明确提出湘赣边界革命武装“五、六纵队都应在山下,不应在山上。”坚决要求湘赣边界特委大胆抛弃“守势的根据地的观念”,“大小五井、九陇等地,再不必固守了”,要向东固根据地那样,“强敌来了,就用盘旋式的打圈子政策对付他”[2]P182、183。可以说,这是毛泽东关于由守山向广袤的农村战略推进最明确的表述,也是井冈山斗争必须从大小五井山区即五百里井冈转移到以永新为中心的湘赣边界乡村地域最关鍵的一步,是毛泽东“大力经营永新”的具体实践。

tan θ=π/η.

(3)

式中:t为修正后引信作用时间;t0为引信理论作用时间.

引信可采用两种不同的自测速体制:①固定时间内计数弹丸的旋转圈数,即固定时间内测量弹丸的飞行距离;②弹丸固定旋转圈数测量对应的飞行时间,即固定距离内测量弹丸的飞行时间. 以第2种计转数测速原理为例,可得到初速与导程的关系为

v0=nh/tj

(4)

式中:v0为计算出的炮口初速;n为引信所计数的转数;t1为计转数所用的时间.

由式(2)与式(4)可得初速与缠角的关系,

结合拟建工程规划方案构想、方案设计原则、主要设备参数、工程建设条件等,制定技术方案相近或一致的通用造价技术方案,可直接将通用造价视为工程的基础造价,后结合工程建设具体情况增加基于特殊费用而形成的新建工程整体工程造价。这种直接应用的方式较为简单,但需要注意的问题是,要对电网基础建设项目的投资构成与方案应用的可行性进行综合分析[2]。

(5)

式中n由设计确定.

影响测速精度的因素主要有:导程和引信的定时精度. 其中计时精度由引信自身控制,而导程与口径和火炮的缠角有关,火炮口径由设计精度约束,而膛线缠度缠角一般由加工工艺控制,不给出精度要求.

在相关文献[10]中,利用上述测速公式时都将缠度或缠角作为已知固定值,并未考虑缠度或缠角加工误差对测速的影响,但是在火炮膛线的加工制造过程中不可能保证缠度或缠角的绝对准确,根据式(4)或式(5)可知,缠度或缠角的变化会影响测速初速的精度.

2 缠角误差对测速精度的影响计算

根据式(4)(5)可知导程、缠角和缠度对初速的影响.

(6)

(7)

(8)

根据式(6)(8)知,测速精度与导程、缠度是正相关关系,而测速精度与缠角呈负相关关系.

以口径为105 mm的榴弹炮为例,分析加工制造中造成的缠角误差对测速精度的影响. 试验所用榴弹炮参数如表1所示. 表中:Δθ为试验用炮的缠角误差;Δη为试验用炮的缠度误差;vON为弹丸的表定初速.

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表1 105 mm榴弹炮参数 Tab.1 Parameters of 105 mm howitzer

D/mmθ/(°)Δθ/(')ηΔηvON/(m·s-1)1058.939200.349760

假设表定初速为弹丸的初速,根据表1数据,计算不同缠角误差对测速精度的影响,当膛线缠角误差范围是[-16′,16′]时,根据理论计算数据,可得初速一定时,缠角误差对测速精度影响的曲线.

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由图2可知,初速一定时,测速误差与缠角基本呈线性关系. 当实际膛线缠角比理论值小时,测得的速度比实际速度偏小;当实际膛线缠角比理论值大时,测得的速度比实际速度偏大.

通过分析旋转稳定弹丸的计转数测速原理,得到火炮的膛线缠角加工制造误差会影响空炸引信的定距精度. 通过对理论模型的分析可知,当膛线实际比理论值小时,引信测得的速度比实际速度小,炸点位置比理论值偏远;反之则炸点位置偏近. 推导了测速误差与膛线缠角的加工制造误差的关系. 为减小加工制造造成的膛线缠角误差而引起的测速误差,文中提出了一种基于引信用装定器的火炮膛线缠角补偿方案. 试验表明,通过装定器对火炮膛线缠角进行补偿的方案可以有效地减小引信的测速误差,从而提高空炸引信的炸点精度. 对火炮膛线缠角误差补偿的方案仅需要知道火炮的膛线加工制造误差,通过改变装定器软件中参数即可,不需要改变原有引信软件和硬件设计,便可保证电子时间空炸引信的空炸精度不降低.

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Δt=kΔv

(9)

Δs=vΔt

(10)

式中:Δt为时间差;k为修正系数;Δs为炸点误差;v为弹丸飞到1 000 m时的余速.

根据式(9)(10)可得弹丸1 000 m处的炸点误差如图3所示.

由图3可知,初速一定时,炸点误差随着缠角误差的增大而增大,当实际膛线缠角比理论值小时,实际炸点比理论炸点远;当实际膛线缠角比理论值大时,实际炸点比理论炸点近. 在相同缠角误差下,炸点误差随着初速的增大而增大. 由于发射技术的不断发展,弹丸的初速也越来越高,因此缠角误差对初速的测量的影响会不断增大.

图2 缠角误差与测速精度关系 Fig.2 Relationship between winding error and velocity accuracy

图3 初速一定时,缠角误差对炸点精度影响 Fig.3 Initial velocity of a certain time,relationship between winding error and burst accuracy

3 缠角误差补偿方案

为实现引信的定距空炸功能,火炮一般需要配备专门的装定器向引信装定信息,引信所需的起爆时间参数等相关数据在发射前通过装定器传输给引信.

具有初速修正功能的电子时间引信可实现定距空炸功能,依据自测初速并通过修正公式进行飞行时间的修正,从而实现精确定距空炸. 引信修正公式依据外弹道特性确定,有反比例修正法[1]、指数修正法[1]和一次函数修正法[11]等. 本文以一次函数修正法为例,修正公式为

t=t0+k(vON-v0),

(11)

旋转稳定弹丸的运动规律:旋转稳定弹丸出炮口后,每旋转1圈,弹丸沿速度方向前进的距离为定值,并且与弹丸的发射初速无关[11]. 根据旋转稳定弹丸的运动规律及式(1)可以将弹丸的旋转转数换算为弹丸前进的行程,再获得此段行程对应的时间,就可得到此段行程内弹丸运动的平均速度. 由于计转数计时区间短,故可以将计算出的平均速度近似认为是该运动区间的中点速度. 在炮口附近,可以按照该规律获依据弹丸转速获取弹丸初速.

其中,E(•)表示期望算子。由此得到一种基于非中心卡方分布的期望的球形译码检测算法(ESD),其更新半径定义为:

联立式(5)(11)可得

通江香菇是四川省通江县的特产,优越的地理条件使得通江香菇肉质脆嫩、味道鲜美、营养丰富。本课题组致力于开发一系列的香菇产品,以此扩大四川通江香菇产业链。前期已经利用通江香菇水提液研制了香菇曲奇饼干[4],在此研究基础上将香菇肉研发成香辣香菇风味酱,以达到充分利用香菇、物尽其用的作用。本文以四川通江优质干香菇为原料,添加黄豆酱、花椒、大蒜等辅料研制香辣香菇风味酱,采用单因素及正交试验法对香菇酱配方进行了考察,优选香辣香菇风味酱的最佳配方,为香菇的开发和利用提供了理论和技术支持。

(12)

根据式(12)知,为实现精确定距功能,需要向引信装定3个数据,另外引信需要知道火炮实际缠角θ′. 引信计算v0时,需要用到缠角θ′的值,kt0由装定器直接发送给引信. 不同火炮的膛线缠角误差存在个体差异,而对于引信无法识别膛线缠角的加工误差,因此无法通过引信软件来适应不同火炮以补偿不同膛线缠角误差. 因此膛线的缠角由理论值θ变为θ′时,引信计算的v0就会产生误差,引信的定距精度也会产生误差. 为补偿缠度误差,需要传输给引信火炮缠角数据,那样则增加了装定系统的数据传输量,同时增加引信计算量.

为了不增加引信的工作量,通过装定器来补偿火炮的膛线缠角误差,是解决该问题的一种途径. 目前,在对各项火炮参数的测量中,对火炮导程的测量技术相对成熟、精度高,在测得火炮的导程后,可以根据式(2)得到火炮的缠角,通过补偿缠角来提高测速精度.

k′和由装定器完成解算,并由装定器将t0k′和传给引信,则缠角加工误差对引信定距误差的影响得到补偿.

(13)

k′=knDπcot θ′,

(14)

(15)

t=t0+k′(-1/tj),

(16)

式中:k′为补偿后修正系数;为补偿后表定初速所对应的量.

由式(12)得

引信中将采用式(16)补偿后的一次函数修正方法,而补偿后参数在装定器中解算,并在发射前通过装定数据传给引信,从而提高引信的炸点精度却不增加引信的计算量.

为适应每门火炮缠角误差的个体差异,每门火炮需配备补偿缠角误差的装定器,而且每门火炮与装定器的编号一一对应,且装定器要安装在火炮上,避免装定器串数使用. 虽然为每门火炮配备唯一的装定器工作量较大,但是该工作对提高弹丸的空炸精度十分必要.

4 试验验证

验证试验基于105 mm榴弹炮平台,试验用榴弹炮的表定初速、缠角、缠度和缠角误差等见表1. 为了验证火炮的膛线加工制造误差对测速精度的影响,分别进行两组对比试验,第1组为回收试验,回收后读取引信内部记录的炮口解算初速,第2组为炸点精度试验. 每4发弹丸为一组,2发弹采用普通装定器,不进行膛线缠角误差补偿,2发弹采用补偿后的装定器,进行膛线缠角误差补偿. 试验结果如表2所示. 表中A表示普通装定器,未进行缠角误差补偿,B表示补偿后的装定器,进行膛线缠角误差补偿.

表2 回收试验数据 Tab.2 Recovery test data

弹丸序号雷达初速/(m·s-1)v0/(m·s-1)Δv/(m·s-1)Δvv()/%A1766.4753.013.41.76A2764.9751.613.31.75B1757.8756.31.50.20B2758.6757.31.30.17

表3 炸点精度试验数据 Tab.3 Burst point precision test data

弹丸序号雷达初速/(m·s-1)理论炸点距离/m炸点偏差/mA3761.8100011.0A4759.1100010.0B3758.510005.2B4757.210004.8

表2中以雷达初速作为衡量测速误差的基准. 根据试验数据可知,在榴弹炮的缠角误差是9′时,没有通过装定器对榴弹炮的膛线误差进行补偿时,引信的测速误差在1.75%左右;通过装定器对榴弹炮的膛线误差进行补偿时,引信的测速误差在0.2%左右,可见通过装定器对火炮膛线的补偿可以有效地减小测速误差;由于弹结构系数、转动惯量、弹形系数等弹丸加工误差及弹道气象的影响导致采用缠角补偿装定器的弹丸的炸点精度仅提高约2倍. 因此缠角补偿的装定器可以有效地减小炸点偏差,提高炸点精度.

5 结 论

假设弹丸初速一定,分析缠角误差对弹丸的1 000 m炸点精度影响.

参考文献:

在我国历史发展上,农业经济发展主要以人口以及耕地作为两大标识。针对中国农业发展而言,农作物总产量的增加通常通过扩大耕地面积来实现,此外,不断引进新型农业生产技术,完善耕作模式等也是促进农业总产量增加的重要途径。究其原因,主要是由于历史时期人口与土地之间的比例还未出现饱和,只有少部分地区存在人浮于地的情况。在全国范围内,存在大量的土地等待开垦,土地资源充沛,满足流入人口的农耕需要完全没有问题。

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式中:h为导程;D为身管口径;η为膛线缠度.

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由图2可知,分别通过溶剂/水热法和不同锌离子/有机配体比所制备出的颗粒表现出明显的粒径差异。经测量,如图2(a)所示的纳米ZIF-8粒径约为40 nm,图2(b)所示的纳米ZIF-8粒径约为70 nm,图2(c)所示的纳米ZIF-8粒径约为100 nm。其中,70 nm的ZIF-8粒径最为均匀,但与40 nm的一样是类球状形貌,而100 nm的ZIF-8颗粒则是方钠石状,这是由于所采用的制备溶剂不同所造成的。甲醇为极性溶剂,而甲醇/水的混合溶剂一定程度上改变了溶剂极性的强度,因此,不同的溶剂极性导致了不同的颗粒形貌产生。

Guo Qi,Fu Jianping,Li Lei,et al.Research for rifling recognition and parameter calculation on bore image [J].Science Technology and Engineering,2010,10(23):5789-5792.(in Chinese)

DGi的平均电压是通过处理本地的输出电压和相邻单元的输出电压而收敛到的平均电压。此法可对母线电压偏差进行补偿并提高系统可靠性,在多微电源存在的情况下,可以减少由下垂控制和不一致的线路电阻带来的电压偏差,使系统能够稳定运行。

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(四)旅游线路少,竞争力弱。市中心区的启新1889文化创意产业园和开滦国家矿山公园等旅游景点,近年来主要接待了各级来唐参观的领导,居民和外地游客很少参观游览,叫好不叫座;由于旅游线路少、特色不突出、业态结构简单、再加之运营模式老套、缺乏竞争力,游客参与性不强,旅游收入也不乐观。

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本区表层土壤中Hg含量偏低,土壤Hg含量的变化范围为51.7~178 μg/kg,均值为84.16 μg/kg,远远低于农用地土壤污染风险筛选值(1300 μg/kg)[4],表明本区土壤环境质量中单指标Hg处于清洁状态。

[9] 周利东,温玉全,王玮,等.引信可靠性小样本评估方法研究[J].北京理工大学学报,2010,30(7):761-770.

元祐八年九月,高太后驾崩,哲宗亲政,以司马光为代表的“元祐党人”受到打击,苏轼首当其冲。短短几年,换了四五个地方,在京城几个月,换了五六个职位,终不得重用。元祐八年,又离开京城出知定州,次年再次以所作诗词多涉“讥讪”朝廷降为左承议郎,贬往惠州、儋州一带,短短的五六年中,朝廷连下五道命令,一降再降,贬为惠州宁远军节度副使、琼州别驾,由一个“从二品”的高官降到九品小官,一共降了八个品级,十四个官阶,几乎死在海南。

Zhou Lidong,Wen Yuquan,Wang Wei,et al.Method of fuse reliability evaluation based on small size of sample[J].Transactions of Beijing Institute of Technology,2010,30(7):761-770.(in Chinese)

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李豪杰,王伟强,李长生,杨宇鑫
《北京理工大学学报》2018年第4期文献

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