免费飞机设计:红外导弹用于单机多目标攻击的可行性研究

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  第 30 卷 2010 年 第1期 2月 飞 机 设 计 AIRCRAFT DESIGN 飞 机 设 计 Vol. 30 No. 1 Feb 302010 第 卷 文章编号: 1673-4599 (2010 01-0072-05 ) 红外导弹用于单机多方针攻击的可行性研究 臧 旭 1,冯柏润 2,张天宇 3 沈阳 110034 ) 沈阳 110034 ) 沈阳 110034 ) ( 中国人民解放军驻沈阳飞机工业(集团)无限公司 军事代表室,辽宁 1. ( 空军驻沈阳地域军事代表室,辽宁 2. 3. ( 沈阳飞机工业集团无限公司,辽宁 摘 要:通过度析进行多方针攻击对导弹“同时”发射的要求,考虑多枚红外导弹持续发射的影响要素,成立 了红外寻的制导空- 空导弹红外辐射模子,并以此计较了导弹策动机喷管的红外辐射、尾喷焰辐射、蒙皮辐射和 反射的情况辐射,将成果与方针飞机红外辐射进行对比,研究利用红外导弹进行多方针攻击的可行性问题,并 给出了阐发成果。 环节词:空- 空导弹;策动机;红外辐射;多方针攻击 中图分类号:V245.3 文献标识码:A The Service Feasibility Study of Infrared Missile for Single-to-Multiple Attack ZANG Xu1,FENG Bai -run2,ZHANG Tian-yu3 ( PLA Military Representative Office in Shenyang Aircraft Industries groud Co.Ltd., 1. ( ) Shenyang 110034,China ) 2. ) ( Airforce Military Representative Office Resident in Shenyang Region,Shenyang 110034,China ( Shenyang Aircraft Industries groud Co.Ltd.,Shenyang 110034,China 3. ( ) ) Abstract: In order to investigate into the service feasibility of infrared missile for single-to-multiple attack,the infrared radiation model of air-to-air missile is established;and the three aspects,i.e. jet nozzle radiation,feather flow radiation and airflow heating radiation of the solid rocket motor are calculated. Finally the calculated results are compared with the numerical value of target infrared radiation to lead to the analysis conclusion. Key words: air-to-air missile;engine;infrared radiation;multi-target attack 多方针攻击问题提出至今已有相当长的时 间, 国表里很多学者对此进行了深切的研究 。研 究所基于的兵器系统多以 “发射后不管弹” 的自动 [1] 电磁干扰手艺的成长与成熟,半自动和自动雷达 制导导弹的利用前提、作战效能和无效作战距离 将遭到很大影响。第四代隐身飞机的呈现愈加剧 这一事态的成长,从而愈加减弱了中远距雷达制 导导弹进行多方针攻击的结果。与有源雷达制导 雷达制导导弹和“惯性制导+指令校正+自动雷达 末制导” 型中远距复合制导空-空导弹为对象。 跟着 收稿日期:2009- 05- 26;修订日期:2010- 01- 08 第1期 臧 旭 等:红外导弹用于单机多方针攻击的可行性研究 73 工作体例比拟,红外被动寻的制导体例在复杂电 磁情况和方针采用隐身手艺的前提下仍具有较强 的工作靠得住性。出格是红外成像手艺的敏捷成长 和红外辐射探测器制造工艺的不竭提高,使得红 外寻的制导导弹的战术手艺机能有了显著提高 [2]。 为此,本文切磋利用红外制导中距拦射弹完成多 方针攻击的可行性。 喷管的红外辐射、 尾喷焰辐射、 蒙皮辐射和反射的 情况辐射。 导弹策动机喷管红外辐射 导弹策动机推进剂装药有特定的形式, 如星形 内孔药柱, 车轮形内孔药柱等, 而且推进剂的燃烧 [3] 过程十分复杂 , 因而, 很难给出策动机燃烧室精 2.1 确的红外辐射数学模子。策动机工作时, 跟着推进 剂的燃烧反映, 推进剂逐步削减, 燃烧室体积逐步 增大, 直到策动机装药燃烧完毕。而固体火箭策动 机一般采用收缩-扩张的拉瓦尔喷管以提高排气气 流的速度, 喷管的直径远小于策动机装药直径。由 推进剂装药形式能够看出,即便在策动机工作的 初始阶段,整个推进剂燃烧面的概况积也弘远于 拉瓦尔喷管喷口的截面积。且在导弹策动机整个 工作全过程, 燃烧室温度能够假设为某一恒定值。 因而, 本文认为, 按照基尔霍夫提出的绝对黑体模 型, 策动机燃烧室能够视为绝对黑体, 策动机喷管 红外辐射能够用古菲提出的关于腔室无效辐射系 数的近似算法进行阐发, 喷口发射率ε[4], 1 影响多枚红外导弹持续发射的次要要素 当载机选择攻击占位进入2个或多个方针机攻 击区发生堆叠的空域时, 多方针攻击的前提构成, 攻击态势如图1所示。 方针2 方针2 方针1 导弹1 导弹2 攻击机 自动段 导弹2 攻击机 方针1 图1 单机多方针 (2机 攻击态势图 ) 多方针攻击要求载机对列入攻击打算的多个 方针 “同时” 发射多枚导弹进行攻击。 “同时” 发射 指载机在完成对多方针跟踪的同时,并行完成多 枚导弹发射前的各项发射预备,在满足导弹发射 前提下使多枚导弹同时位于发射序列之中和处于 发射期待形态, 按照方针和导弹的配对方案, 在火 控系统所答应的极小发射间隔时间内持续发射多 枚导弹。 因为现役红外导弹不具备发射后截获能力, 因 此, 同时利用多枚红外导弹时, 载机需要给每一枚 导弹独立进行方针指示,从而指导导弹红外扶引 头截获各自的方针。当第一枚导弹策动机焚烧离 机飞向方针时,其策动机喷口及其尾喷焰的强红 外辐射对其它位于攻击期待序列中的导弹发生严 重影响,可能导致攻击期待序列中的其它导弹跟 踪已发射的导弹, 并丢失已截获的方针。正由于如 此, 在多方针攻击手艺研究范畴, 鲜有人研究利用 红外导弹进行多方针攻击的问题。本文次要通过 计较红外寻的制导空-空导弹红外辐射,阐发攻击 期待序列中的导弹在扶引头截获方针前提下遭到 已发射导弹红外辐射的影响程度。 ε[1+ ε ( σ - σ ) (1- ) ] S S0 ε ≈ (1 ) ε (1- σ ) σ + S S ε σ 式中:为策动机装药燃烧面的辐射系数; 为拉瓦 尔喷管喷口截面积; 为策动机燃烧室内概况总面 S 积; 0为以策动机燃烧室的长度与拉瓦尔喷管长度 S 之和为半径的球体概况面积。 明显, (1 中ε, 和 S0为定值, 式 ) σ 而策动机燃烧 室内概况总面积却跟着推进剂的耗损不竭增大。 喷口发射率ε随 σ 比值的变化曲线.97 0.965 0.96 ε=0.6 ε=0.7 ε=0.8 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 2 空- 空导弹红外辐射模子 空-空导弹红外辐射次要包罗固体火箭策动机 图2 σ/S 策动机喷口发射率ε 随 σ 变化曲线 飞 机 设 计 第 30 卷 不妨以单架飞机同时攻击2个方针为例, 研究 已发射导弹红外辐射对正在对另一方针进行跟踪 但还未发射的导弹的干扰问题。考虑多方针攻击 的导弹与方针配对一般遵照对称性道理,即位于 发射序列中的第一枚导弹位于左机翼时,下一枚 要发射的导弹该当是与当前导弹挂点位置对称的 右机翼导弹。本文的研究取2枚导弹在机身吊挂时 的 距 离 w =10 m。 由 于 导 弹 发 动 机 喷 口 半 径 Rw/10, 计较喷口红外辐射时视作点源。而且 为简化计较, 做以下假设: (1 假设导弹在自动段以直线 假设攻击机在第一枚导弹处于自动段工 ) 作形态这段时间不改变飞翔姿势, 軖F =const。 即V 导弹2 H 因而, 羽流中具有大量 进剂Al粉的含量达到20%, 的高温Al2O3粒子。 由于H2O和CO2等气体分子辐射 具有较着的选择性和不持续光谱性,且在传布过 程中, 遭到大气中H2O和CO2等气体分子的强烈吸 收形成严峻衰减,所以Al2O3粒子的辐射跨越H2O 和CO2等气体分子的辐射,成为固体策动机羽流的 次要辐射。 在强辐射光谱4.6 μm附近,粒子的辐射 羽流 往往是气体分子辐射的几倍甚至几十倍[6~10]。 温度、 压力、 2O3粒子的光谱复折射率、 Al 粒子的相 及直径等都间接影响Al2O3粒子的辐射特征。 同时, Al2O3粒子的直径为1~20 μm, 与羽流红外辐射波 长范畴接近, 因此对红外辐射的散射表示出各项异 性, 且前向散射感化较着。 文献[11]基于Lorentz-Mie电磁理论计较了固 体火箭羽流中的Al2O3粒子辐射。按照文中的成果 能够计较出Al2O3粒子系的接收系数kaλ、散射系数 w 軑 载机VF α 軑 VM 策动机遏制工作点 导弹工作的自动段 A 导弹1 β O 导弹1 ksλ、 衰减系数 keλ和散射相函数Φλ θ , ( ) 如公式 ) (4 所示。公式的推导在文献中有具体的阐述。 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 图3 导弹与载机几何位置关系 上述假设前提下, 能够计较载机上处于对方针 跟踪形态的导弹红外扶引头领受到已发射导弹发 动机喷口红外辐射发生的辐照度E [5] 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 2 keλ=Σ 1 πDj QeλNj 4 j 2 ksλ=Σ 1 πDj QeλNj 4 j I cosα E=K λ,) △λ2 2 ( R R +w λ2 kaλ=keλ-ksλ (4 ) (2 ) λ I△λ=Apcosβ ε′ π λ1 乙M dλ 軘( ) Φλ θ = Σ 1 πD Q 4 2 j j sλ NjΦλ θ ( ) ksλ M A 式中: λ为黑体光谱辐射出射度; p为策动机喷口 面积; 为排气尾焰起点与载机上导弹红外扶引头 R 之间的距离; 为喷口红外辐射透射率。 K 因为策动机燃烧室红外辐射在穿越位于策动 机尾后温度较高的排气尾焰时遭到强烈衰减, 因而 透射率能够由两部门形成K=K1K2 (3 ) -μ λ) ( R K2=τ2e K 式中: 1为排气尾焰沿对称轴标的目的的红外光谱辐射 透射率; 2 为大气光谱辐射透射率; 为排气尾焰 K L 沿对称轴标的目的的长度。 2.2 导弹策动机尾喷焰红外辐射 导弹策动机工作时, 喷管出口平面的气流是超 声速的, 在喷管出口下流, 气流仍呈火热态的部门 一般叫做羽流。因为固体策动机常插手铝、 硼 镁、 等高能添加剂以提高推进剂的能量,有的复合推 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 式中: j 是直径为 Dj 的粒子数密度; sλ 为散射因 N Q 子; eλ为衰减因子。 Q 需要指出的是,因为羽流中具有大量的Al2O3 粒子以及H2O和CO2等高温气体分子,前文所述的 策动机喷口红外辐射在穿越羽流时会遭到强烈的 接收和散射, 羽流粒子群中各粒子的散射可能不再 满足单次和独立散射的假设, 这也申明不克不及把粒子 群总体的辐射特征仅仅看作是全数粒子辐射特征 的线性累加。除了粒子群本身的辐射以外, 羽流辐 射还该当包罗粒子群在接收了策动机燃烧室的部 分红外辐射后所发生的红外辐射, 其数值大小该当 与式 ) K1值的大小亲近相关。 (3 中 2.3 导弹蒙皮辐射和反射的情况辐射 虽然蒙皮辐射在8~14 μm波段拥有很大的比 重,但本文的研究中, 导弹发射时与方针之间的距 离为超视距,因此导弹发射时的超前偏置角很小, K1=τ1e -γ λ) ( R 第1期 臧 旭 等:红外导弹用于单机多方针攻击的可行性研究 75 对位于待发序列中的其它导弹而言, 前一枚导弹在 离机飞向方针的过程中的速度矢量标的目的与载机和 方针机的连线标的目的近似重合。因而, 导弹在载机铅 垂面内的投影面积很小, 载机照顾的红外导弹扶引 头领受到已发射导弹的蒙皮辐射和反射的情况辐 射在整个导弹红外辐射中的比例很小。 特别在导弹 工作的自动段, 能够把导弹策动机喷管的红外辐射 对载机照顾的导弹 与尾喷焰辐射近似为导弹辐射。 而言, 处于被动段工作形态的导弹的辐射量级已低 于方针的红外辐射量级, 不再对位于发射序列中的 导弹的发射发生严峻影响。 光谱辐亮度L 103 T=1 000 K T=3 000 K 102 101 100 10- 1 10- 1 3 多枚红外导弹同时发射的可行性阐发 空-空导弹策动机推进剂典型的燃烧温度在 2 500~4 000 K,羽流温度可达到2 000~2 500 K, 因而, 空-空导弹的红外辐射出射度的最值该当 在波长0.8~1.4 μm之间。 对于方针飞机, 加力形态 下喷口温度在1 100 K摆布,而非加力形态的喷口 温度约为900 K, 红外辐射出射度的最大值该当在 波长2.5~3.2 μm之间。 从图4中能够看出, 虽然导弹红外辐射的波长 最大值点处于红外导弹扶引头工作的次要波段之 外, 但在扶引头工作的次要波段, 导弹的红外辐射 亮度也远弘远于飞机的辐射亮度,以至超出跨越两个 数量级。除了辐射亮度以外, 影响红外辐射强度的 方针飞机的辐 另一个底子要素是辐射面积。凡是, 射面积弘远于导弹的辐射面积。非加力形态下, 飞 机在尾后的红外辐射强度为1 000 w/sr,迎头标的目的 约10 w/sr摆布。所以, 从辐射强度角度讲, 方针飞 机的辐射强度是大于红外导弹的辐射强度。但考 虑辐射在传布过程中随距离表示出呈指数形式的 衰减,则因为载机照顾的空空导弹在发射时与其 它红外导弹的距离只要10 m,而攻击的方针距离 凡是大于30 km, 且策动机工作时间短, 一般只要 10 s摆布, 导弹策动机工作竣事点与载机之间的距 离小于10 km,所以对载机照顾的红外导弹而言, 领受到导弹的红外辐射就弘远于领受到的方针飞 机红外辐射。 现役的红外制导型空-空导弹因为不具备发射 后截获能力, 因而, 导弹在发射前必需完成对方针 的截获和跟踪才能满足导弹的发射前提。在多目 标攻击的超视距距离标准上,无论成像制导仍是 非成像制导导弹, 对扶引头而言, 方针都被视作点 源进行处置。 100 波长λ 101 图4 导弹与方针机典型红外辐射辐亮度对比 对于成像制导导弹,载机在发射导弹对多目 标中的一个方针进行攻击时,方针在红外扶引头 所领受到的红外图像上只占很少的几个像素点, 以至是一个像素点;而离机飞向方针的导弹因为 距离载机很近, 且红外辐射能量高, 将在红外图像 上构成灰度值较高, 所占像素点多, 面积较大的图 像。在导弹发射的最后阶段, 导弹的强红外辐射甚 至完全遮盖方针的点红外辐射,使方针的微弱辐 别的, 因为空-空导 射覆没于导弹的红外辐射之中。 弹红外辐射的时空特征与方针附近,而目前弱小 方针都是基于红外方针与布景红外辐射的差别进 行检测,所以这种基于图像处置的方针检测方式 容易按照导弹的红外辐射,把导弹检测出来作为 独立的方针,却难以将方针从插手了载机所发射 的导弹红外辐射的图像中检测出来。 对于工作在脉冲体系体例的红外探测器,载机发 射的红外导弹与方针同时出此刻载机照顾的红外 导弹扶引头视场内时,探测器同时领受到两者的 脉冲信号,无法分辩出方针和载机已发射的红外 导弹,从而丢失已截获的方针或不克不及对已截获目 标进行不变跟踪。 4 结 论 虽然现役的红外导弹本身不具备多方针攻击 能力,但在具备多方针跟踪能力的机载兵器系统 的节制下,多枚红外导弹能够完成多方针攻击 任 务。利用不具备发射后截获能力的中距拦射红外 导弹进行多方针攻击时,多枚导弹的发射需有一 定的时间间隔,发射序列中后一枚导弹该当在前 一枚导弹策动机工作竣事之后发射。 76 飞 机 设 计 第 30 卷 参 考 文 献 [8] Raghunandan B N , SanalKumar V R , Unnikrishnan C. et al. Flame spread with sudden expansions of ports of solid propellant 2002, 17(1): 73-78. rockets[J]. Journal of Propulsion and Powwer, [9] Woronovicz M,Michel S,Rault L, al. On plume flowfield et analysis and simulation techniques[R].AIAA Paper 94-2048, 1994. [10] 郝金波, 董士奎, 谈和平.固体火箭策动机尾喷焰红外特征数 2003, 22(4): 246-250. 值模仿[J]. 红外与毫米波学报, 朱定强, 蔡国飙.固体火箭羽流中Al2O3粒子的辐射 [11] 张小英, 2006, (4): 29 247-250. 特征[J]. 固体火箭手艺, [1] 黎明, 姜长生, 朱荣刚, 等.现代空战单机多方针攻击火控计较 与决策实现[J]. 南京航空航天大学学报, 2003, (2 : 35 ) 173-187. [2] 宋凯.红外制导系统[M]. 西安: 空军工程大学, 2000. 北京工业学 [3] 王守范.固体火箭策动机燃烧与流动[M]. 北京: 院出书社, 1987. 宇航出书社, [4] [法]A.达维纳.固体火箭推进剂手艺[M]. 北京: 1997. [5] [苏]JI.3.克利克苏诺夫. 红外手艺道理手册[M]. 俞福堂, 等译. 北京: 国防工业出书社, 1986. [6] 徐淦卿, 陈珏, 程东杰.红外物理与手艺[M]. 西安: 西安电子 科技大学出书社, 1989. 张小英, 朱定强, 等.用FVM法计较固体火箭羽流的红 [7] 樊士伟, 外特征[J]. 宇航学报, 2005, (6 : 26 ) 793-797. 作 者 简 介 臧 旭 (1983— ,男,助理工程师,研究标的目的:航空刀兵。 ) 冯柏润 (1985— ,男,助理工程师,研究标的目的:航空电子。 ) 张天宇 (1980— ,男,助理工程师,研究标的目的:电子工程。 )

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