剛體彈道 視為剛體的彈箭的質心在空中或水中運動的軌跡。它是剛體彈箭質心在飛行中所描繪的空間曲線。
基本介紹
- 中文名：剛體彈道
- 發布者：中國軍事百科全書編審室
視為剛體的彈箭的質心在空中或水中運動的軌跡。它是剛體彈箭質心在飛行中所描繪的空間曲線。
剛體彈道模型把彈箭在空中或水中的運動，分解為質心的平動與繞質心的轉動。由於描述質心的平動需要3個獨立坐標，描述繞質心轉動也需要3個獨立坐標，因此剛體彈道模型又稱為六自由度（6D）剛體彈道模型。它比質點彈道模型更接近於實際彈箭的運動規律，研究的內容也廣泛得多。從質點彈道模型發展到剛體彈道模型，是外彈道學理論的一個重大發展。剛體彈道理論可以為較精確地計算彈道提供理論基礎。使用六自由度彈道模型，可以在射表編制中進行多因素符合，提高射表編制精度；可以為武器火控系統提供較精確的彈道模型，為外彈道試驗數據處理提供合理的彈道方程。利用六自由度彈道方程進行外彈道設計，可使武器系統結構參數的選擇更為合理，還可以分析和認識質點彈道模型的誤差根源和近似程度，為改進或簡化彈道模型提供理論依據。
在剛體彈道理論中，多用章動角（即攻角）與進動角確定彈軸相對速度方向線的位置。章動角為彈軸方向與速度方向線的夾角；進動角為阻力面或章動平面（彈軸與速度方向線組成的平面）與某一參考平面的夾角。由於彈箭運動存在章動、進動與自轉，因而形成了彈箭繞質心的總角速度。總角速度可分解為沿彈軸方向的軸向角速度和垂直於彈軸方向的擺動角速度。彈箭從裝入炮膛到後效期結束，由於其質量偏心、定心部與膛壁存在間隙、火藥燃氣壓力不均勻、彈帶嵌入膛線不對稱及火炮振動等一系列原因，在進入自由飛行之前彈軸產生了橫向角速度，彈軸與速度方向線或與火炮仰線已有夾角，速度方向線與仰線也存在夾角，即彈箭產生了起始擾動。起始擾動的存在、彈箭質量分布與外形的不對稱及重力的作用，使彈箭在飛行中產生章動運動。在全彈道上保持章動角足夠小，是保證彈箭飛行穩定的基本要求。彈箭飛行穩定性理論是剛體彈道理論研究的重要內容之一。
旋轉穩定彈箭飛行中在重力的作用下，速度方向不斷向下偏轉，形成動力平衡角。對於右旋彈箭，由動力平衡角產生的升力，垂直射面指向射面右方。在其作用下，彈道漸漸離開射面而偏向右方，這一現象稱為偏流現象。對偏流現象的研究也是剛體彈道理論研究的重要內容之一。偏向射面右方的彈道在炮口水平面上的投影曲線，稱為偏流曲線，此曲線上任意點到射面上的距離稱為偏流。偏流與彈箭的轉速、轉動慣量、速度方向變化率、空氣密度、翻轉力矩係數和飛行時間等有關。對於一定結構與發射條件的彈箭，偏流為確定值，可以修正。
彈箭圍繞質心運動對質心運動影響的研究，是剛體彈道理論的又一重要內容。對於旋轉穩定彈箭，章動角在振動，而章動平面繞速度方向線近似等速旋轉。由於章動角的方位不斷繞速度方向旋轉，使升力的方向也不斷繞速度方向轉動，因而使速度方向不斷變化，造成平均速度方向與初速方向形成夾角，稱為平均偏角。它是跳角的重要組成部分。對於尾翼穩定彈箭，章動角產生的升力使速度方向發生變化，其效果相當於改變了射角。
剛體彈箭由於質量分布不均勻及幾何形狀對軸線不對稱，在飛行中會產生附加力矩。這些因素是隨機的，是射彈散布的根源之一。為了減小這些因素的影響，尾翼穩定彈箭採用了低速旋轉的辦法，但在轉速的選擇上應避免發生共振。利用剛體彈道理論可以更深入地分析射彈散布形成的原因。然而，實際彈箭並非剛體，剛體彈道模型仍然是在一定假設下的理論彈道模型。對於長細比不大的普通彈箭，特別是旋轉穩定彈箭，利用剛體彈道模型計算的彈道與實際彈道偏差較小；而對於長細比大的彈箭、大翼展長尾翼穩定彈箭和液體裝料彈箭等，由於彈體和尾翼的彈性振動或液體晃動的影響，誤差較大，因而需要用更精確的彈道模型計算彈道。
計算剛體彈道要求較準確的起始擾動數據和較多的空氣動力係數，要求求解較複雜的彈道微分方程組，因而它對空氣動力計算、實驗技術和計算技術等均有較大的依賴性。由於戰術需要和軍事技術的發展都要求提高彈道分析和計算的精度，而外彈道理論、實驗技術和計算技術的發展又為剛體彈道的準確計算提供了條件，因此，剛體彈道理論得到了較大的發展，並在提高彈道的計算精度、旋轉穩定彈箭偏流計算、彈箭的散布分析與計算、彈箭的外彈道設計、新型彈箭的外彈道特性研究、射表編制新方法研究、實驗數據分析等方面，得到廣泛套用。
