摘要：弹道上风的变化及对射程侧偏的影响比较复杂，风速和风向随时间和高度有明显的振动，具有一定的随机性。因此，本文就阵风对弹道偏差的影响进行理论分析。首先建立阵风的风场模型，然后针对所建立的模型利用非平静大气中飞行器全量形式的运动方程组，采用MATLAB仿真语言对某航空炸弹进行仿真计算分析，最后得到阵风由于作用时间短，引起的弹道偏差较小；同一类型的阵风速度越大高度越高，产生的弹道偏差也越大；而同一厚度和同一速度的三角形阵风随高度变化产生的弹道偏差不大，这些结论为弹道设计提供理论上的分析。
关键词：阵风 弹道偏差 外弹道学
1、引言
在短时间内，风速或风向随时间的明显振动（起伏）称为风的阵性。在相当短的时间内，风速（或在某特定方向上的风速分量）相对于规定时段平均值（或风分量的平均值）短暂的正、负偏差称为阵风。它是空气的一种随机运动。
阵风[1]可由小尺度大气湍流引起，也可由锋、雷暴和龙卷等不同尺度的天气系统产生。湍流之所以会引起阵风是因为当大气中出现湍流时，便形成许多大小不等、方向不同的涡旋。这些涡旋可增强或减弱其周围气流的速度，也可改变气流的方向，从而引起阵风。假定在一支盛行风中出现了湍流涡旋，则盛行风向与涡旋旋转速度方向相同一侧的风速将增大，相反一侧的风速减小；与上述二者方向相垂直的一侧，不仅风速发生变化，而且风向也要变化。阵风出现频率因地区、高度、季节和纬度的不同而异。
2、阵风的模型
目前，飞行器设计中采用的阵风模型，按其剖面的几何形状，大体上有矩形、梯形、三角形、正弦形和“一减余弦形”等几种类型。这些模型的阵风风速随高度的变化，可用下列公式表示
式中Wm为阵风的幅值；H为阵风层的半厚度，它的大小可取为25～150m，H取2～3倍Wm；h为梯形阵风前、后缘阵风速度由0增至Wm所经历的气层厚度。在美国NASA的一种梯形阵风模型中，取h=25m，Wm=9m/s[1]。
3、阵风风场仿真结果及分析
矩形模型的阵风即为通常意义上的平均风，三角形模型的阵风和梯形模型的阵风具有某种相似性，正弦形模型和一减余弦形模型具有某种相似性，因而本文主要针对三角形和正弦形模型的阵风对弹道的影响，利用文献[2]给出的非平静大气中飞行器全量形式的运动方程组，采用MATLAB仿真语言对某航空炸弹进行仿真计算。所用初始条件是：投弹高度为5000m、投弹速度（水平）为220m/s。针对前文所述阵风的分布情况，下面分别对低空和高空阵风分别进行了仿真计算。表1和表2分别列了出了三角形和正弦形阵风模型的计算结果。图1给出了高空阵风模型的攻角曲线。
由表1和表2可看出：从总体上来说由于阵风的作用时间较短，阵风对弹道射程的影响不是太大。三角形阵风模型和正弦形模型的半波形式阵风位置的变化对射程的影响不大（相对于同一幅值而言）；而全波形式的正弦模型阵风位置的变化对射程的影响较大，低空的全波正弦阵风对射程的影响很小，几乎为零，高空阵风高度越高，偏差越大，同一高度阵风幅值越大，偏差也越大。这是因为高空阵风的影响越早，攻角的变化越早，并且它的变化不是瞬间完成的而在整个弹道中具有累积作用。低空半波形式阵风比全波形式阵风对射程的影响大，这是由于全波形式的阵风在不同的高度有顺风和逆风存在，能抵消一部分正负偏差，因而总的偏差会减小。
4、结论
（1）从总体上来说，阵风由于其作用时间短，它引起的弹道偏差较小。同一高度阵风幅值越大，偏差也越大。
（2）同一厚度同一幅值大小的三角形阵风，在不同高度所引起的射程偏差不大。
（3）低空正弦全波形式的阵风产生的弹道偏差几乎为零，低空半波形式阵风比全波形式阵风对射程的影响大；高空阵风产生的弹道偏差相对于低空阵风稍大，且高度越高，偏差越大。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。