一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹 |
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| 申请号 | CN202311829677.1 | 申请日 | 2023-12-28 | 公开(公告)号 | CN117704902A | 公开(公告)日 | 2024-03-15 |
| 申请人 | 北京航空航天大学; 北京华研军盛科技有限公司; | 发明人 | 程浩; 赵宏伟; 韩涛; 魏炜; 武国梁; 冯修源; 王华; 翟小丽; 黄海鹏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于头部探测及控制组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹总体方案，实现弹目交会过程中对目标探测识别及对末修子弹进行落点的精确控制。子弹通过头部组件的激光探测识别模 块 给出弹目相对方位及是否脱靶的判断，形成末端弹道修正指令。通过控制子弹头部组件相对弹体的 滚转 角 度，使其上一对 反向偏置 安装的控制 舵 面产生的 气动 力 沿修正方向，实现子弹的末端弹道修正；其上另一对同向偏置安装的辅助导转舵面提供导转力矩，实现对子弹头部组件的导转及平衡控制 电机 的控制力矩。本发明描述的末修子弹的总体方案，可实现对弹目交会过程弹目相对方位的探测识别及落点的精确控制。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹包括：尾翼组件(1)、载荷舱(2)、头部组件(3)；其中尾翼组件(1)位于末修子弹尾部，载荷舱(2)位于尾翼组件(1)前，头部组件(3)与载荷舱(2)连接，头部组件(3)位于末修子弹头部。 |
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| 说明书全文 | 一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹技术领域[0001] 本发明涉及一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹总体方案，实现对末修子弹落点的精确控制。 背景技术[0002] 随着科学技术水平的发展，现代战争对武器性能的要求逐渐提高，促进武器系统技术进步的发展核心在于成本、精度、效能等指标方面。在具有复杂的战场环境与激烈的攻防对抗特点的现代战场，子母式战斗部因其具有毁伤面积大、杀伤性强、拦截难度高等特点，广泛用于攻击地面装甲集群、海上舰船及机场设施等高价值目标。 [0003] 子母式战斗部所携带的抛撒子弹包括有控与无控两类，其中无控抛撒子弹因其抛撒后按惯性弹道飞行，其命中率受到抛撒精度、气动干扰等多方面的影响，打击精度较低。常规的制导飞行器成本较高、结构复杂，且占据空间较大。而使用飞行轨迹控制模块的飞行器则具有更高的效费比，适用于大规模抛撒式子弹。 [0004] 有控飞行的抛撒子弹通过在原有无控子弹基础上添加制导装置或飞行轨迹控制模块以减小抛撒过程及抛撒后随机因素的影响，减小最终落点散布，提高对目标的命中率，可对海上或陆上高价值目标等实施更高效能的精准打击。 [0005] 传统末修子弹主要通过采用不同气动布局的舵机控制，末修子弹结构及控制机构较复杂，且一般弹道控制无法通过单一控制方式实现，很大程度增加了系统成本及结构复杂性。 [0006] 采用飞行轨迹控制机构与激光探测模块一体化设计方法，在子弹头部加装兼具目标探测识别与弹道控制的组件，在末修子弹抛撒后弹目交会过程中，末修子弹头部组件的激光探测识别模块可实现对目标探测识别，给出子弹与目标的相对方位及是否脱靶的判断，从而形成末端弹道修正指令。利用具有固定安装偏置角的舵面所产生的气动力进行弹道修正，通过对固定安装偏置角舵面的一维滚转控制即可实现对末修子弹落点的二维精确控制。 发明内容[0007] 本发明的技术解决问题： [0008] 为提高末修子弹落点的精度，提供了一种通过在末修子弹头部加装兼具目标探测识别与弹道控制的一体化设计方案，通过控制头部组件相对弹体的局部相对转动，进行弹目交会过程中的目标探测识别并给出弹道修正指令，之后通过控制头部组件相对惯性坐标系的滚转角度，进而控制头部组件上控制舵面在飞行过程中产生的气动力方向，实现对末修子弹落点的精确控制。 [0009] 本发明的技术解决方案： [0010] 一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹包括：尾翼组件(1)、载荷舱(2)、头部组件(3)；其中尾翼组件(1)位于末修子弹尾部，载荷舱(2)位于尾翼组件(1)前，头部组件(3)与载荷舱(2)连接，位于载荷舱(2)的前部。 [0011] 所述一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹的头部组件(3)包括整流罩(4)、控制舵面(5)、辅助导转舵面(6)、激光探测识别模块(7)、激光探测识别模块安装板(8)、控制电机(9)、前轴承(10)、前轴承外挡圈(11)、前轴承内挡圈(12)、后轴承(13)、后轴承外挡圈(14)、后轴承内挡圈(15)、轴承外端盖(16)、轴承内端盖(17)、连接轴(18)，电路模块包括激光探测识别模块电路板(19)、电机驱动及系统控制电路板(20)。 [0012] 所述一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹的载荷舱(2)与后端连接件(22)固定连接，头部组件(3)所包括的连接轴(18)通过前轴承(10)、后轴承(13)与载荷舱(2)连接，并可绕弹体轴局部旋转。 [0013] 所述一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹的头部组件(3)包括的整流罩(4)上安装一对控制舵面(5)具有一反向的安装偏置角，在末修子弹飞行过程中可产生同向的垂直翼面方向的气动力，为末修子弹的落点精确控制提供气动载荷；整流罩(4)上安装一对辅助导转舵面(6)具有一同向的安装偏置角，在末修子弹飞行过程中可产生反向的垂直翼面方向的气动力，综合表现为绕弹体轴方向的气动力矩，可实现对头部组件(3)的导转，同时可作为负载力矩平衡头部组件(3)所包括的控制电机(9)的控制力矩。 [0014] 所述一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹的尾翼组件(1)包括后端连接件(22)、尾翼(23)、尾翼转轴(24)。 [0015] 所述一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹的尾翼组件(1)包括的后端连接件(22)上安装有周向均匀分布的六片可折叠的尾翼(23)，其中尾翼(23)可以是平板式或卷弧式弹翼，尾翼(23)无安装偏置角，在末修子弹飞行过程中起到飞行稳定作用。 [0016] 所述一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹的控制电机(9)安装于连接轴(18)与载荷舱壳体(21)之间，控制电机(9)的转子部分(26)与连接轴(18)固定连接，控制电机(9)的定子部分(25)与载荷舱壳体(21)固定连接。 [0017] 所述的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹，当末修子弹弹体处于自旋状态时，可通过控制控制电机(9)的转速，实现对头部组件(3)滚转方向的控制；末修子弹弹体处于非旋状态时，可直接通过控制控制电机(9)的转子部分(26)及定子部分(25)的相对转动角度，实现对头部组件(3)滚转方向的控制。 [0018] 所述的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹的头部组件(3)包括的激光探测识别模块支撑板(8)与连接轴(18)固定连接，激光探测识别模块支撑板(8)上固定连接的激光探测识别模块(7)中的激光探测发射光轴与弹体轴方向成一定夹角，激光探测识别模块(7)随末修子弹头部组件(3)相对子弹弹体的周期旋转及子弹的下落运动可实现对目标区域的螺旋扫描，如图14，激光探测识别模块(7)中的激光探测发射脉冲通过发射窗口7(a)射出，在目标上的反射光通过接收窗口7(b)进入激光探测识别模块(7)的光敏器件，实现弹目交会过程中目标探测识别(如在海面上的舰船，海面和舰船对激光的反射率由显著差异)，给出弹目相对方位及是否脱靶的判断。 [0019] 所述的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹进行落点精确控制实现过程如下： [0020] 末修子弹从弹头抛撒之后，尾翼组件(1)包括的后端连接件(22)上周向均匀分布的六片可折叠的尾翼(23)展开并定位，尾翼(23)起到飞行稳定作用； [0021] 在末修子弹飞行基本稳定之后，通过头部组件(3)包括的控制电机(9)及一对辅助导转舵面(6)共同驱动头部组件(3)相对于子弹弹体局部转动，头部组件(3)包括的激光探测识别模块(7)开始对目标探测识别； [0022] 头部组件(3)包括的激光探测识别模块(7)给出弹目相对方位信息后，通过控制电机(9)实时控制头部组件(3)相对于地面坐标系的滚转角度，实现智能末修子弹落点精确控制作用：利用头部组件(3)的激光探测识别模块(7)给出末修子弹与目标的相对方位及是否脱靶的判断，从而形成末端弹道修正指令，通过控制电机(9)控制头部组件(3)相对地面坐标系的滚转角度，使控制舵面(5)所受到的气动力沿修正方向，对末修子弹实施落点的精确控制。 [0023] 本发明有益效果是： [0024] 1、本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹，采用飞行轨迹控制与激光探测模块一体化设计方法，在末修子弹头部加装兼具目标探测识别与弹道控制的组件，即可实现在弹目交会过程中的目标探测识别及落点的精确控制。 [0025] 2、本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹，通过实时控制头部组件控制舵面的滚转方向，使控制舵面所受气动力沿修正方向，可实现末修子弹落点的精确控制，有效地提高末修子弹的系统效能。 [0026] 3、本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹，通过实时控制头部组件控制舵面的滚转方向，可使末修子弹具有一定的机动能力，一定程度上提高了末修子弹的灵活性并增大了其作用范围。附图说明 [0027] 图1是本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹完全展开状态的总体及各分系统示意图； [0028] 图2是本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹完全展开状态的正视图； [0029] 图3是本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹完全展开状态的右视图； [0030] 图4是本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹完全展开状态的俯视图； [0031] 图5是本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹折叠状态的示意图； [0032] 图6是本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹的头部组件总体及各部件示意图； [0033] 图7是本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹的头部组件剖视图； [0034] 图8是本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹的尾翼组件总体及各部件示意图； [0035] 图9是本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹的尾翼组件展开过程示意图； [0036] 图10是本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹的头部组件控制舵面安装偏置角示意图； [0037] 图11是本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹的头部组件辅助导转舵面安装偏置角示意图； [0038] 图12是本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹头部组件的激光探测识别模块的安装偏置角示意图； [0039] 图13是本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹落点精确控制模式示意图。 [0040] 图14是本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹目标面螺旋扫描轨迹示意图。 具体实施方式[0041] 下面结合视图对本发明进一步说明。 [0042] 实施例子： [0043] 如图1‑5所示，本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹包括：尾翼组件(1)、载荷舱(2)、头部组件(3)；其中尾翼组件(1)位于末修子弹尾部，载荷舱(2)位于尾翼组件(1)前，头部组件(3)与载荷舱(2)连接位于其前，头部组件(3)位于末修子弹头部。 [0044] 如图6‑7所示，本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹的头部组件(3)包括整流罩(4)、控制舵面(5)、辅助导转舵面(6)、激光探测识别模块(7)、激光探测识别模块安装板(8)、控制电机(9)、前轴承(10)、前轴承外挡圈(11)、前轴承内挡圈(12)、后轴承(13)、后轴承外挡圈(14)、后轴承内挡圈(15)、轴承外端盖(16)、轴承内端盖(17)、连接轴(18)，电路模块包括激光探测识别模块电路板(19)、电机驱动及系统控制电路板(20)。载荷舱(2)与后端连接件(22)固定连接，头部组件(3)所包括的连接轴(18)通过前轴承(10)、后轴承(13)与载荷舱(2)连接，并可绕弹体轴局部旋转。头部组件(3)包括的整流罩(4)上固定安装一对控制舵面(5)及一对辅助导转舵面(6)。 [0045] 如图7所示，本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹的控制电机(9)安装于连接轴(18)与载荷舱壳体(21)之间，控制电机(9)的转子部分(26)与连接轴(18)固定连接，控制电机(9)的定子部分(25)与载荷舱壳体(21)固定连接。 [0046] 如图8所示，尾翼组件(1)包括后端连接件(22)、尾翼(23)、尾翼转轴(24)，后端连接件(22)上安装有周向均匀分布的六片可折叠的尾翼(23)，后端连接件(22)上安装的可折叠的尾翼(23)无安装偏置角。 [0047] 如图9所示，尾翼组件(1)展开过程如下：周向均匀分布的六片可折叠的平板式尾翼(23)绕尾翼转轴(24)旋转展开。 [0048] 如图10‑11所示，头部组件(3)包括的整流罩(4)上安装的控制舵面(5)及辅助导旋舵面(6)均具有一与弹体轴方向成一定夹角的安装偏置角，在末修子弹飞行过程中可产生垂直舵面方向的气动力。 [0049] 如图12所示，头部组件(3)包括的激光探测识别模块(7)设计为单路斜置激光探测识别模块(即仅有一束斜向发射接收的目标探测激光束)，单路斜置激光探测识别模块的激光探测轴与弹体轴方向成一定夹角安装，在弹目交会过程中进行目标探测识别可以增大激光扫描覆盖面积。 [0050] 本发明的一种基于头部组件实现目标探测识别及弹道控制的末修子弹进行落点精确控制的具体实现过程如下： [0051] 如图5所示，末修子弹抛撒前，尾翼(23)处于折叠状态，且折叠后的末修子弹不超过子弹的外包络尺寸； [0052] 如图1及图13所示，末修子弹抛撒后，尾翼(23)展开，起到飞行稳定作用； [0053] 如图13所示及图14所示，在末修子弹飞行基本稳定之后，通过控制电机(9)及一对辅助导转舵面(6)共同驱动头部组件(3)相对于子弹弹体局部转动，激光探测识别模块(7)开始以旋转扫描方式对目标进行探测识别，随着子弹的下落运动，激光光斑在目标区扫描的轨迹是一条不断缩小的螺旋线，基于激光探测回波信息给出弹目相对方位计算得到修正指令，由控制电机(9)根据控制指令实时控制头部组件(3)相对于地面坐标系的滚转角度，使控制舵面(5)所受到的气动力沿修正方向，对末修子弹实施落点的精确控制。 [0054] 以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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