3  弹丸六自由度外弹道模型研究 17

3。1  弹丸运动模块 17

3。2  气动力和气动力矩模块 18

3。3  外弹道模型 19

3。4  对5。8mm枪弹的仿真 19

3。5  本章小结 27

结论 28

致谢 29

参考文献 30

1  绪论

1。1  课题研究背景及意义

随着时代和社会发展，爆发大规模世界战争的可能性很小，但是依然存在着小规模战争与不可避免的小摩擦、小冲突。随着各国的科技水平日益提高，作战形态已经发生改变。步兵自动武器作为单兵最基本的武器装备，需要在各种复杂的环境下起到有效作用。作战环境的苛刻需要自动武器有更高的射击精度。经典外弹道研究的是质点弹道，攻角不在考虑范围之内。但在实际射击中，作为刚体的弹丸，其飞行运动受到各种扰动，弹轴的方向不可能始终与质心速度方向相同，于是形成攻角。攻角不停发生变化，产生各种复杂的角运动。这种复杂的角运动使弹丸在飞行中产生了各种空气动力和力矩，如升力、马格努斯力、马格努斯力矩、静力矩等，这些都会对弹丸的运动产生影响，导致弹丸运动的不稳定。此外，弹丸出膛口的起始扰动因素和环境因素等产生的角运动情况，在各发弹上的体现都不相同，对质心运动影响的程度也不同，最终形成弹丸质心弹道的散布和落点散布。与经典弹道不同的是，六自由度弹丸外弹道可以体现出射击过程中：弹丸质心的运动、绕质心的转动、在飞行过程因为弹丸受地球自转和自身的绕弹轴的转动引起的偏流等。通过建立六自由度弹丸外弹道模型，可方便易行的得到各种规格枪弹，在不同初速、不同环境下的运动特征，从而对改善外弹道性能、增高自动武器作战效能可以做出帮助。论文网

1。2  国内外研究情况

1。3  本文工作

本课题在对弹丸进行气动力和力矩分析得到其六自由度运动方程的基础上，运用Matlab／Simulin进行运动仿真，建立六自由度外弹道模型。可为相关研究提供理论参考。

本文主要研究工作为：

首先，考虑弹丸在实际射击中受到的各种扰动，建立六自由度弹丸运动方程。

然后，在运动方程的基础上，运用模块化建模的思想，设计得到弹丸运动的数学模型。然后运用Matlab/Simulink软件设计编程得到弹丸运动的仿真模型。使弹丸在飞行中受到的气动力、气动力矩以及其六自由度的运动可以在仿真中得到体现。

最后，在得到六自由度弹丸外弹道模型的基础上，对5。8mm枪弹进行仿真模拟，根据仿真结果分析其运动特性、弹丸性能，为弹头的优化设计提供理论参考、对提高武器性能提供帮助。

2  弹丸气动力及运动方程

把弹丸作为刚体，其在空中飞行时，运动包括包括弹丸的质心运动和绕质心的转动。用三个坐标确定质心在空间的位置，质心的运动规律取决于作用在弹上的力，包括重力、发动机推力、空气动力等，质心运动的轨迹称为弹道。弹体在空间的方位用三个角度或称三个角坐标确定，通常其中两个是弹轴相对于地面坐标系的高低角和方位角，另一个是弹丸绕弹轴自转的自转角。三个角坐标的变化就可描述弹丸绕地面坐标系或绕质心的转动，转动规律取决于作用在弹丸上的力矩，包括操纵力矩、空气动力矩以及发动机推力对质心的力矩等。