变形体导弹增程弹道设计及滑翔性能研究

吴建雄

摘要：为解决单兵便携式防空导弹射程不足问题，通过配装增程组件，开展基于最大升阻比滑翔策略设计，构建与马赫数、飞行高度等相关的攻角函数，通过分析数值仿真计算结果，评估变形体导弹滑翔性能以及滑翔切入点对导弹滑翔性能的影响。研究结果表明，通过配装增程组件，可实现导弹射程大幅提升，同时认为弹道顶点作为单兵便携式防空导弹滑翔切入点更有利于导弹滑翔飞行控制。

关键词：单兵便携式防空导弹；变形体导弹；滑翔增程；升阻比；弹道特性

1引言

未来战争中，单兵等地面部队面临越来越多的无人机/集群对抗，无人机/集群具备抵近侦察、全天候袭扰、精准打击等多样式作战能力，同时具备投放距离远、滞空时间长、成本低廉等优势。当前，单兵携带的传统防空导弹拦截无人机依然面临拦截距离较近的问题，导致单兵无法有效应对来袭无人机威胁，因此，对单兵便携式防空导弹增程提出了迫切需求。

考虑到单兵便携式防空导弹空间体积和重量限制，认为采用滑翔增程技术是实现导弹增程的有效途径[1]。单兵便携式防空导弹形成的基型导弹采用正常式布局，通过配装增程组件构建新式变形体导弹（如图1所示），实现导弹滑翔增程。本文基于建立的滑翔飞行弹道模型，分析了变形体导弹滑翔增程弹道特性，同时研究了滑翔切入点对导弹增程的影响。

图1.导弹构型

2滑翔飞行弹道模型

变形体导弹飞行弹道可分为无控段和滑翔段，在无控段时，导弹在固体火箭发动机作用下加速飞行，通过空气舵面偏转实现导弹稳定控制；在滑翔段时，导弹弹翼展开，导弹无动力滑翔飞行[2]。因此，导弹在初始无控段以及滑翔段飞行过程中尽管存在外形差异、所受到力和力矩不同等区别，但经无量纲化处理[3]均可表征为气动力系数大小的区别。

本文采用在纵向平面内的二维质点弹道模型进行计算，二维质点弹道模型[4]如下所示：

式中：为导弹质量，为导弹速度，为导弹发动机推力，为弹道倾角；为射程，为导弹飞行高度；为导弹阻力，为导弹升力，与动压、参考面积以及无量纲参数阻力系数、升力系数有关。

需要说明的是，在滑翔段飞行时，保证导弹最大升阻比滑翔[5-6]，构建导弹攻角关于马赫数、高度的函数。即：

3滑翔飞行弹道性能分析

3.1变形体导弹滑翔性能分析

对导弹采用常规弹道以及采用滑翔弹道进行数值仿真，分析采用滑翔弹道带来的导弹性能提升情况。保证固体火箭发动机等初始条件一致，采用滑翔弹道方案时当后切入滑翔段，同时需要考虑配装增程组件带来的导弹质量质心的变化。图2为弹道曲线对比图，图3为速度曲线对比图，图4为攻角变化曲线对比图。

图2.导弹飞行弹道曲线	图3.导弹飞行速度曲线

图4.导弹飞行攻角变化曲线

由图2、图3可以看出，由于基型导弹质量较轻，在固体火箭发动作用下加速爬升，导弹最大速度更大，变形体导弹采用滑翔弹道增程飞行，导弹射程提升近一倍。结合图4可知，前期无控段时，由于变形体导弹处于静稳定状态，导弹飞行攻角逐渐收敛趋于平稳，配装增程组件后，当前空域飞行状态下导弹最大升阻比对应的飞行攻角约为10°。

3.2滑翔切入点对导弹滑翔性能的影响

对不同滑翔切入点进行数值仿真，分析不同滑翔切入点对导弹滑翔性能的影响。保证固体火箭发动机、发射倾角等初始条件一致，分别研究滑翔切入点弹道倾角、、、、时导弹性能。图5为弹道曲线对比图，图6为速度曲线对比图。

图5.导弹飞行弹道曲线	图6.导弹飞行速度曲线

由上图可以看出，导弹最大升阻比滑翔条件下，导弹滑翔弹道倾角为-20°～-30°左右时导弹滑翔增程最多，但是相对于顶点作为滑翔切入点提升不大。同时考虑到选取较大的弹道倾角作为滑翔切入点时，导弹往往处于大攻角飞行状态，导致导弹飞行载荷大幅提升，也增加控制系统设计难度。因此选取弹道顶点作为本变形体导弹滑翔切入点有利于导弹滑翔飞行稳定控制。

4结束语

本文从导弹总体设计角度出发，通过配装增程组件构建单兵变形体导弹，基于建立的滑翔飞行弹道模型和最大升阻比的滑翔策略，构建与马赫数、飞行高度等相关的攻角函数，通过滑翔飞行大幅提升导弹射程；选取弹道顶点作为滑翔切入点有利于导弹滑翔飞行。研究结果为单兵防空导弹增程设计提供理论依据。

参考文献：

[1]史金光.炮弹滑翔弹道设计与控制弹道特性研究［Ｄ］．南京：南京理工大学，2008．

[2]史金光，王中原，易文俊.滑翔增程弹方案弹道特性研究[J].弹道学报,2003,15(1):51 -54.

[3]小约翰.D.安德森. 空气动力学基础［M］．北京航空宇航出版社，1987.

[4]钱杏芳，林瑞雄，赵亚男.导弹飞行力学［M］．北京:北京理工大学出版社，2000:52－53．

[5]史金光，王中原，易文俊．滑翔增程弹飞行弹道［Ｊ］．火力与控制指挥，2007，32（11）：88－90．

[6]纪京新，严平，叶利民. 滑翔增程弹滑翔段弹道设计［Ｊ］．舰船电子工程

，2014，34（04）：46－48．