高超声速滑翔目标拦截弹方案设计与弹道规划

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2023.05.006

摘要/Abstract

摘要：

针对高超声速滑翔目标的拦截问题，分析了拦截窗口、拦截方式以及毁伤方式等拦截问题，并提出了拦截弹总体方案及弹道规划需求；开展了拦截弹总体方案设计，设计了一种两级助推的拦截弹方案，确定了推进系统、操纵系统的总体基本参数，并完成了拦截弹气动外形设计与质心定位；构建了拦截弹弹道规划的分析方法和工具，根据设计约束开展了针对HTV-2高超声速滑翔目标的拦截弹道规划研究，采用粒子群算法对弹道进行了求解。结果表明：采用空基拦截的方式可达到预期的最大拦截速度，满足拦截弹拦截滑翔武器的速度约束指标；此外开展了该拦截弹拦截概率评估，确定了针对高超声速滑翔目标可采用分层防御的方式从多个拦截站依次拦截。

关键词: 高超声速, 滑翔武器, 拦截弹, 总体设计, 弹道规划

Abstract:

In view of the intercept problem of a hypersonic gliding target， the intercept window， intercept mode， and damage mode are analyzed， and the conceptual design and trajectory programming requirements of the intercept missile are put forward. The conceptual design is conducted， and an intercept missile scheme with a two-stage booster is designed. Meanwhile， the basic parameters of the propulsion and maneuver systems are determined accordingly. The aerodynamic appearance design and centroid location of the intercept missile are completed. The analysis method and tool of intercept missile trajectory programming are constructed. Based on the design constraints， the intercept missile trajectory programming for the HTV-2 hypersonic gliding target is studied， and the trajectory is solved by particle swarm optimization （PSO）. The results show that the expected maximum intercept speed can be achieved， and the speed constraint index of intercept missile intercepting gliding weapon can be satisfied. In addition， the intercept probability evaluation of the intercept missile is carried out， and it is determined that the hypersonic gliding target can be intercepted from multiple intercept stations in sequence through layered defense.

Key words: hypersonic, gliding weapon, intercept missile, integrated design, trajectory programming

中图分类号:

TJ765

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图/表 12

图1 HTV-2典型弹道轨迹

Fig. 1 Typical trajectory of HTV-2

图2 横向控制系统布局示意图

Fig. 2 Layout of horizontal control system

表1 典型导弹各分系统的密度值

Table 1 Density values of each subsystem of a typical missile

分系统	密度值/（kg·（m³）^-1）
导引和控制系统	250
战斗部	1 900
推进系统	1 800
壳体	2 700（铝）；7 800（钢）
气动面	1 350~ 4500

表2 全弹质量和质心明细表

Table 2 Full missile weight and centroid

部件	长度/ mm	面积/ m²	质量/ kg	质心/ m	对弹头力矩 /（kg·m）
导引	400		11.34	0.94	10.66
控制	1 000		40	1.64	65.60
推进	3 560		609.64	3.92	2 389.80
弹翼	1 500	0.25	3	3.78	11.34
舵面	300	0.12	0.72	5.67	4.08
整流罩	1 140	0.69	4.14	0.76	3.15
中部弹身	4 560	5.44	32.66	3.42	111.71
尾部弹身	190	0.23	1.36	5.79	7.88
总合力矩/（kg·m）			2 604.22
全弹总长/ mm			5 890
全弹总重/kg			702

图3 总体外形以及几何尺寸示意图

Fig. 3 General appearance and geometric dimensions

图4 弹道规划程序设计

Fig. 4 Design of traijectory programming

表3 滑翔拦截弹动力性能设置

Table 3 Dynamic performance Settings of gliding intercept missile

参数名称	数值	参数名称	数值
一级推力/N	79 078	一级时间/s	8
二级推力/N	79 078	二级时间/s	10

图5 滑翔拦截弹在各马赫数下升阻力系数随迎角变化

Fig. 5 Variation of lift drag coefficient of gliding intercept missile with Angle of attack at various Mach numbers

表4 弹道计算输入参数

Table 4 Input parameters for trajectory calculations

参数名称	数值	参数名称	数值
载机速度/（m·s^-1）	300	目标高度/km	6 411
弹道倾角/（°）	1	目标经度/rad	0.019
载机高度/km	6 384	目标纬度/rad	0

图6 弹道轨迹计算结果

Fig. 6 Trajectory calculation results

图7 弹道参数变化计算结果

Fig. 7 Results of trajectory parameters

图8 目标指示误差

Fig. 8 Target indication error

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