一种薄尾翼超高速制导炮弹

1.本发明属于制导飞行器领域，具体是一种薄尾翼超高速制导炮弹。


背景技术：

2.超高速制导炮弹通常是指发射初速大于5ma、低成本、通用化和可参与多任务作战的制导炮弹。与传统的常规炮弹相比，制导炮弹具有命中率高、精度高以及效费比高等优势，是后续炮弹发展的主要方向。
3.目前国内外有关对超高速制导炮弹外形的研究较少，我国对超高速制导炮弹的研究最早始于在上世纪八十年代对高超音速弹箭的研究，与各大世界主要军事强国走在了同一起跑线，然而，在研究的过程中，由于受到战术需求的限制，导致其发展较为缓慢。
4.超高速制导炮弹气动布局的设计目的为气动阻力小、机动性强。近年来，在电磁轨道技术的促进下，超高速炮弹被美国海军视为下一代通用化、大射程以及多任务的制导炮弹，可完成防空反导以及海军远程火力支援的任务，并适用于当前的火炮发射平台以及未来的电磁轨道炮发射平台。这种炮弹无论是从发射方式还是总体技术等方面，都与之前的炮弹有较大的区别。首先，采用次口径发射方式，可适用于127、155mm火炮以及电磁轨道炮等各种发射平台；其次，炮弹的初速较高，火炮发射初速可达到1300m/s，电磁发射初速可达2000m/s。
5.从弹丸总体技术来看，包括弹丸各个分系统的技术综合，将各部分进行有机整合，从而达到最佳作战效果。其两大核心分别为气动布局和弹道规划，由于气动布局是服务于弹丸飞行弹道的，故气动布局在弹丸总体技术中的位置可谓重中之重。
6.气动布局又称气动构型，是指空气动力面(包括弹翼、尾翼、操纵面等)在弹身周向、轴向互相配置的形式以及弹身(包括头部、中部、尾部等)构型的各种变化等等。制导兵器通常有五种气动布局形式：正常式布局、鸭式布局、全动弹翼布局、无尾式布局、无翼式布局。
7.超高速制导炮弹均采用轴对称设计，参照高超音速弹箭，其尾翼的作用主要是保证弹箭自由飞行阶段的稳定性与产生升力。由于尾翼在全弹道上都起关键作用，故在选择尾翼时，主要根据翼面的超音速恃性，对于超音速飞行时宜采用三角形或梯形尾翼。考虑到炮弹出炮口后通常速度较高，超音速飞行翼面会出现激波和膨胀波，使得翼面阻力明显增强，由线化理论可知，减小翼面相对厚度是减小波阻的有效途径。


技术实现要素：

8.本发明提出了一种薄尾翼超高速制导炮弹，拥有极薄厚度的
“×”
型尾翼，具有良好的空气动力学稳定性，可用于快速人工降雨。
9.实现本发明的技术解决方案为：一种薄尾翼超高速制导炮弹，包括弹头、弹身和四片尾翼，四片尾翼以
“×”
型固定在弹身的尾部，尾翼厚度在1.5～1.8mm之间。
10.本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
11.(1)在超高速制导炮弹发射后的空中飞行阶段中，由于高速飞行产生的各种不稳定因素，导致产生了炮弹偏移方案弹道、炮弹飞行速度降低等问题，而本发明中的四个薄尾翼，相当于一个低阻力稳定结构，由于炮弹出炮口后速度通常较高，在超高速飞行过程中，翼面会出现激波和膨胀波，使得翼面阻力明显增强，根据线性化理论可知，减小翼面的相对厚度是减小波阻的有效途径，起到保证弹丸自由飞行时的稳定性和产生升力的作用。
12.(2)炮弹整体材料为钨合金，用于减少超高速制导炮弹在飞行过程中的烧蚀现象。由于薄尾翼的各个方向都可产生相似的机动过载，且在任一方向产生法向力都具有快速响应特性，故在控制系统设计方面也可以起到简化作用。
附图说明
13.图1为本发明一种薄尾翼超高速制导炮弹的主视图。
14.图2为本发明一种薄尾翼超高速制导炮弹的侧视图。
15.图3为本发明一种薄尾翼超高速制导炮弹的全弹视图。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
18.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应作广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
19.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围指内。
20.下面将结合本设计实例对具体实施方式、以及本次发明的技术难点、发明点进行进一步介绍。
21.结合图1～图3，本发明所述的一种薄尾翼超高速制导炮弹，包括弹头1、弹身2和四片尾翼3，四片尾翼3按
“×”
型固定在弹身2的尾部。
22.弹头1包括激光半主动导引头、控制舱和激光引信，控制舱呈尖拱形，作为激光半主动导引头的保护罩，其内设有激光半主动导引头和激光引信，以用于保护导引头，同时尖拱形头部可增大击中目标时的接触面积，又具有一定的穿透能力，与传统炮弹相比，大大提升了对目标的打击能力。
23.弹身2包括圆柱形壳体、战斗部和火箭发动机，战斗部和火箭发动机设置在圆柱形壳体，圆柱形壳体长径比fb：
[0024][0025]
其中lb为弹身2总长度，db为弹身2的直径，炮弹的穿透能力较强，飞行速度损失小。
[0026]
弹头1的长径比fn：
[0027][0028]
其中ln为弹头1的长度，弹头1的压差轴向力系数约为0.1，弹头1稳定。
[0029]
按
“×”
型布置尾翼3，由于轴对称分布，尾翼3的各个方向都可产生相似的机动过载，且在任一方向产生的法向力都具有快速响应特性，故在控制系统设计方面也可以起到简化作用；根据北京航空航天大学的尾翼设计规范，尾翼3的前缘后掠角设计为40
°
，便于在高速飞行条件下，提高炮弹的航向稳定性以及速度；尾翼厚度c＝bcr，其中b为尾翼前、后缘的相对距离，cr为尾翼的相对厚度，通过实验得出尾翼厚度的设计范围在1.5～1.8mm之间，薄尾翼相当于一个低阻力稳定结构，在高速飞行时，可减少弹所受到的部分阻力，维持炮弹弹身和弹尾稳定性。
[0030]
炮弹所采用的炮弹材料为钨合金，钨合金是一类以钨为基础(含钨量为85％～99％)，并添加有少量其它元素组成的合金，其密度高达16.5～18.75g/cm3，统称为高比重合金、重合金或高密度钨合金，用于炮弹制造可提升弹的耐高温能力，减少超高速制导炮弹在飞行过程中的烧蚀现象。
[0031]
在民用方面，可用于快速人工降雨。当人工降雨时，弹头材质为非金属材料，使用弹头装药并换成干冰或增雨催化剂，当积雨云经过时，将装着干冰的炮弹更快地打进积雨云，弹头中的干冰快速汽化，带走大量热量使积雨云中的水蒸气液化，形成降雨。
[0032]
根据现有的实验数据，所述的薄尾翼超高速制导炮弹最小飞行速度不低于1360m/s，满足超高速制导炮弹的设计要求。