[科普中国]-迎角效应

背景

随着常规武器在弹体材料、命中精度和破坏效应等方面迅猛发展，提高重要防护工程在炮弹直接命中下的生存能力便成为非常困难的问题。近年来几场高技术局部战争启迪我们，在工程结构提高自身抗力同时，应该采用遮弹防护措施，使弹体偏离目标或在充分远的防护层上破坏和起爆。为了达到以上效果，目前采用的主要途径是采用先进的结构体系，使弹体偏航、变形、减速耗能。

表面异形(偏航板、格栅、三角形中空架)和高强度不均匀材料(块石混凝土、钢球混凝土)由于可以有效地诱导弹体偏航，因此具有独特的抗侵彻性能。80年代以来，美国等国家在防护结构的结构形式展开了大量而深入的试验研究。陆军工程兵水道试验站1987年至1991年期间对侵彻过程中的偏航问题进行了试验，并设计了简单的偏航结构形式;1991年，美国海军有关部门则对纤维混凝土栅板做了一系列抗侵入试验‘”。在国内，1995年，钱七虎、王明洋等人对含钢球的钢纤维混凝土遮弹层的抗侵彻性能进行了试验研究和机理分析。2001年，工程兵科研三所开展了“复合遮弹层”研究，研制出“表面异形偏航板+钢纤维混凝土”、“钢管栅混凝土”、“钢球混凝土”等多种组合形式的遮弹层，并进行了模型弹侵彻试验;陈联平、王明洋等人对含高强RPC球的RPC遮弹层进行了一系列抗侵彻试验研究;有文献对弹体垂直侵彻中的攻角效应进行了简单分析，没有考虑弹体与异形体相对尺寸对弹体偏航效应的影响。以上研究主要集中于试验方面，但由于偏航结构形式的多样性，弹体自身运动状态复杂等因素的影响，对弹体偏航力学机理目前并没有完全认识清楚。因此，还不能为实际遮弹层设计提供理论依据。

针对以上问题，陈万祥从理论上了弹体撞击异形体后引起的攻角效应(包括撞击后的攻角、角速度和弹体质心运动速度)及异形体尺寸对攻角效应的影响。

迎角迎角（Angle of attack）对于固定翼飞机，机翼的前进方向（相当于气流的方向）和翼弦（与机身轴线不同）的夹角叫迎角，也称为攻角，它是确定机翼在气流中姿态的基准。

迎角大小与飞机的空气动力密切相关。飞机的升力与升力系数成正比；阻力与阻力系数成正比。升力系数和阻力系数都是迎角的函数。在一定范围内，迎角越大，升力系数与阻力系数也越大。但是，当迎角超过某一数值（称为临界迎角），升力系数反而开始减小，同时由于迎角较大时，出现了粘滞压差阻力的增量，阻力系数与迎角的二次方成反比，当超过临界迎角时，分离区扩及整个上翼面，阻力系数急剧增大。这时飞机就可能失速。

因此，迎角是重要的飞行参数之一，飞行员必须使飞机在一定的迎角范围内飞行。所以有的飞机有一块专门指示迎角的仪表——迎角表。有的飞机还有失速警告系统。当实际迎角接近临界迎角而使飞机有失速的危险时，失速警告系统即发出各种形式的告警信号。1

弹体撞击异形体引起的攻角效应复合遮弹层主要由偏航结构层(表面异形体或强度不均匀材料)和高强高韧阻力层(高强度钢纤维混凝土)组成，袭击弹丸首先撞击偏航结构层。真实的偏航结构层材料构成复杂、结构形式多样，但本质上它们都是利用非平直表面诱导弹体撞击后偏航。

陈万祥从理论上分析了弹体撞击异形体的攻角效应和异形体尺寸对攻角效应的影响，主要得出以下几点结论：

(1)弹体撞击异形体后明显产生攻角和角速度，随着入射角的改变，撞击后的攻角效应有明显差别；

(2)弹体攻角主要由速度方向改变而引起，大体上都是当y方向速度发生变号时，攻角达到最大值。因此，在设计偏航结构时，应尽可能增大弹体沿靶体表面方向的速度，而改变或减小其沿靶体法线方向的速度，达到较好诱导袭击弹偏航的效果；

(3)建立了碰撞后弹体质心运动方向与x轴的夹角与两球形体相对半径R的关系，发现球形体与弹体之间的尺寸关系在某一范围内时，弹体偏航效果较为理想。2