根据自行高炮(SPAA)射击线稳定系统机械结构特点,以力矩电机直接驱动方式下轴间力矩特性为主要研究对象,应用动量矩定理及矢量叠加原理,系统地建立了SPAA 射击线稳定系统的牛顿—欧拉动力学模型,对车体运动和射击冲击扰动条件下炮塔回转轴和火炮俯仰轴的动力学特性进行了仿真。仿真结果表明:车体运动对炮塔回转体的交叉耦合力矩为炮塔回转体受到的主要干扰力矩;方向轴控制力矩和俯仰轴干扰力矩随着射角增大而增大,高射角下的惯性力矩使方向轴控制力矩增加的速度更快;俯仰轴干扰力矩和低射角下的方向轴干扰力矩为相应轴控制力矩的主要组成部分。研究结果为SPAA 射击线稳定系统的设计提供了依据。

大口径火炮炮口振动响应是影响火炮射击密集度的关键因素之一。为了研究减小炮口振动的技术途径,基于非线性有限元理论,考虑机构之间的接触碰撞关系,建立了某大口径火炮样机的发射动力学模型。通过数值计算研究了复进机和驻退机的不同固定方式和不同布置位置对炮口振动的影响规律,分析了不同结构布置下载荷的传递规律。通过对炮口振动响应量进行分析对比,确定了较优的结构布置方案。研究结果对该类火炮的总体结构设计具有一定的参考价值。

为合理应用高效能膛口制退器于大口径转管机枪系统,基于超音速气体动力学方程,计算了膛口制退器的制退效能;根据刚柔耦合动力学建模理论,对安装不同制退效能膛口制退器后转管机枪在三脚架上的射击运动进行了动力学仿真和外弹道计算。计算结果表明:加大膛口制退器边孔道角度,能有效提高膛口制退效能,减小转管机枪在三脚架上射击时的后坐位移与后坐速度,抑制枪架和枪管弹性变形,大幅度提升机枪系统的射击稳定性和射击密集度。但随着膛口制退器边孔道角度增加至120毅以上,制退效果和对机枪射击密集度提升效果减弱。研究结果为今后转管机枪系统改进、应用膛口制退器提供了参考。

通过分析侵彻深度控制的基本原理,建立弹头在软质目标内的翻滚运动模型,揭示弹头离心力破碎的物理机制;采用数值仿真方法,研究与明确影响弹头翻滚破碎的主要因素;通过实验揭示低侵彻步枪弹在明胶靶标中的翻滚破碎过程。研究结果表明:步枪弹弹头翻滚产生的离心力可使弹头壳产生破碎,且弹头质心位置是影响弹头翻滚状态的重要因素,可采用调整质心位置的方法来控制弹头的翻滚状态,并结合提高弹头着速、减小弹头壳厚度、降低弹头壳强度等技术措施,能够将侵彻深度比制式结构步枪弹降低1/2,达到低侵彻杀伤的效果。

电磁轨道炮在发射过程中,由于强变电流产生的冲击力的影响,轨道会发生一定程度的变形,导致轨道炮的口径产生扩张,影响轨道炮的重复稳定发射。针对电磁发射轨道的扩张问题,构建出一套高速线阵CCD 测量系统对扩张的轨道口径进行测量,采用软件处理方法对采集的图像信息进行分析处理。试验研究表明:轨道口径的变形量与发射电流之间存在一定线性比例关系。构建的高速线阵CCD 测量系统可以瞬间在亚像素级上对电磁发射轨道的扩张变形量进行精确表征。

为提高短模糊尺度下的运动模糊参数估计精度,提出了一种改进的基于Radon 变换的频域估计算法。算法对运动模糊图像傅里叶变换频谱图做Radon 变换,利用运动模糊图像频谱图 在垂直于条纹方向下Radon 变换时为明暗投影线的特性,在Radon 变换图中确定明暗投影线,由该 投影线对应的Radon 变换角度和运动模糊图像的分辨率求解运动模糊参数。对Lena 图像的仿真 结果表明:当模糊尺度为5 ~ 10 时,对模糊方向的估计误差小于1毅,对模糊尺度的估计误差小于 0. 5 个像素,优于现有算法的估计精度。

提出了一种叉指式微机电系统(MEMS) 可变电容设计方案,并从结构、电学特性、工艺 三方面进行了仿真设计。由仿真结果可知:驱动电压为67 V 时,该设计理论电容可调率3. 45,电容 调节范围88. 16 ~392. 19 fF,谐振频率36 GHz,Q 值223(1 GHz),反射衰减0. 002 25 dB,插入损耗 42. 75 dB. 与其他形式可变电容相比,该设计理论电容具有高Q 值、高电容可调率和工艺简单的技 术优势。

基于Radon-Wigner 变换(RWT)方法分析机动目标速度和加速度多普勒分辨与提取问 题。给出了机动目标的脉冲多普勒雷达回波模型和傅里叶变换处理方法。将RWT 方法应用于机 动目标回波参数估计,给出了RWT 输出的泰勒解析表达式、速度和加速度独立分辨表达式和联合 分辨表达式,研究表明,速度和加速度的联合分辨条件为运动参数不同引起的路径偏差大于1/2 个 波长。对傅里叶变换、Radon-ambiguity 变换(RAT)和RWT 方法进行了分辨力性能仿真比较,表明 RWT 具有较强的速度和加速度分辨力,验证了速度和加速度联合分辨条件。

为了解决现有迷彩伪装评价方法评价指标单一,评价结果缺乏客观性的问题,提出了一 种具有多项伪装评估指标并基于灰色聚类理论的综合评价方法。该方法根据评价的目的和对象综 合选取了亮度对比、颜色特征、纹理特征、边缘形状和斑点尺寸这5 项评价参数作为评价体系的指 标;运用熵权法来确定各指标值的影响权值;利用灰色聚类决策评估算法对不同的迷彩伪装效果进 行综合评估。通过在同一个背景下对不同迷彩设计方案进行的评估实验,其结果证明该方法对伪 装效果的评估是合理有效的,并且可以作为一种客观、可靠的综合伪装评价技术。

分析了传统基于能流倾斜与相位波前畸变理论角闪烁偏差计算模型的不足,结合工程 应用提出了一种基于确定性模型的比相和差单脉冲雷达角闪烁建模算法。所建模型能够对目标散 射点数、雷达工作参数进行设置,并可得到验证测角算法所需的和、差支路回波信号。理论分析与 仿真均表明:当目标各散射点偏离角较大时,文中所提角闪烁模型更精确,更利于对角闪烁抑制算 法进行仿真。

炮弹炸点检测是射击校射、毁伤效果评估和敌方火力位置估计的前提和基础。提出一 种基于主分量寻踪(PCP)与主分量分析(PCA) 的炮弹炸点检测方法,该方法将炸点检测分为2 个 阶段:利用PCP 从序列图像中恢复出候选目标;利用PCA 提取候选目标的线性度和运动方向 2 个特征实现炸点检测。采用炮弹炸点序列图像对提出的方法进行了实验验证,结果表明:与现有 炮弹炸点检测方法相比,该方法在准确率和误检率方面均具有优越性能。

现有自动化弹丸着靶坐标测量设备均无法用于测量2 发弹丸同时着靶情况下的坐标, 针对该问题,提出一种基于单线阵CCD 相机的双目标同时着靶坐标测量方案。采用一台高速线阵 CCD 相机,配合2 个不同波长的半导体扇形一字线激光器和投影板作为光源,将CCD 相机的探测 光幕面和2 个激光器的光幕面以及投影板投影面设置在同一个平面内,当有2 发弹丸同时穿越探 测光幕面时,挡住了2 个激光器投射在投影板上的部分光线,并在投影板上留下对应2 发弹丸的投 影,CCD 相机采集到2 发弹丸投影的影像和2 发弹丸自身的影像,并通过计算机图像处理的方法对 2 种影像加以区分,得到投影点的位置坐标,采用基于直线相交原理建立系统数学模型,进而求解 2 发弹丸的着靶坐标。给出了测量原理及测量公式,并对测量误差进行了分析和仿真,实验结果表 明实际测量误差和理论分析值一致。该方案成功解决了双目标同时着靶情况下的坐标测量难题, 基于该原理的装置可以用于一类高射频武器和多管武器的弹丸着靶坐标测量。

传统捷联惯性导航算法基于比力积分变换求解地速时,采用一阶近似与二阶截断带来 的误差对于高精度导航应用造成的影响不可忽略。为消除这种影响,在惯性参考坐标下,采用分离 积分的思想,提出了一种改进的高精度捷联惯导算法。针对惯性系下由比力积分定义的推力速度, 在获得比力积分变换增量解析解的基础上,通过分析划船误差产生的原因,确定基于修正速度增量 的补偿方案,得到了能够完全补偿动态误差(包括圆锥误差、旋转误差、划船误差) 的推力速度确切 解,圆锥误差与划船误差的计算可直接采用传统优化算法。将推力速度更新思想扩展应用于引力 加速度的积分与位置更新,获得了完整的高精度捷联惯性导航算法,通过复杂动态环境下的仿真测 试比较结果验证了该算法在整体性能上的显著优势。

为研究相对密度对泡沫镁合金动态力学性能与吸能特性的影响,利用分离式霍普金森 压杆(SHPB)装置对不同密度的泡沫镁合金进行动态力学性能测试。研究结果表明:随着相对密 度的增大,泡沫镁合金的屈服强度、平台应力显著增加,致密应变相应减小。通过拟合,得到材料屈 服强度与相对密度的关系式。运用单位体积吸能量、吸能效率和理想吸能效率表征了材料的吸能 特性。相对密度在一定范围内越大,泡沫镁合金的单位体积吸能量越高,吸能效率略有降低,但稳 定在0. 3 左右。随着相对密度的增加,材料最大吸能效率所对应的应力值增大。泡沫镁合金的理 想吸能效率值可达0. 9,这表明该材料是一种吸能防护性能好的材料。

为了探究超声振动加工延性高效的本质,基于非局部理论对超声振动加工硬脆材料本 构特征的变化进行研究。通过核参量分析,建立超声振动下核函数公式;通过数值模拟,系统地研 究晶粒间距、超声振幅、频率等内外部特征变量对非局部核函数的影响规律;通过超声单轴拉伸试 验,对理论推导的核函数影响规律进行验证。研究结果表明:振幅、频率对核函数的影响均呈现下 开口抛物线性形状,对核函数的影响存在一个临界值。拉伸断裂应力测试中频率与振幅的影响与 数值模拟一致,在所给实验室条件下振幅为14. 94 μm、频率为35 kHz 时断裂应力最小。通过对超声 振动非局部弹性核函数的研究,可以清楚地理解超声对材料本构的影响,为超声加工提供最优参数。

基于死区饱和的描述函数模型以及线性系统PID 控制器参数稳定域确定的方法,提出 一种含有死区饱和的非线性系统PID 控制器设计方法。针对非线性环节的不同正弦输入幅值,给 出一种新的等效逆Nyquist 曲线。可从不同的正弦输入幅值时PID 参数稳定域的交集中选取PID 控制器参数。该控制器可以有效地减轻非线性的影响。对于开环不稳定的对象,加入一个参考输 入预过滤器。所建议的方法,可以使含死区饱和环节的闭环系统稳定。仿真实例表明,该方法有 效。

推导了水下覆盖黏弹性材料矩形弹性板的Lamb 波频散方程,在黏弹性材料弹性模量确 定条件下求解得到水下复合板在不同频率厚度积下Lamb 波传播的相速度和衰减系数。通过对水 下覆盖黏弹性材料弹性板的回波测量实验,测量得到复合板在确定频率厚度积下前两模态的相速 度和衰减系数,将实验结果代入Lamb 波在水下复合板中传播的频散方程,反演得到了黏弹性材料 的弹性模量,复合板的相速度、衰减系数和黏弹性材料的弹性模量反演值与理论值吻合较好,实验 误差低于4%,证明基于遗传算法和回波特性反演黏弹性材料弹性模量是可行的。

针对某顶置火炮高低向调炮控制系统存在的强非线性特征,提出了一种分数阶神经网 络滑模控制(FNSMC)策略。引入分数阶微积分(FOC),设计了分数阶PID 型滑模面,获得了用于 火炮控制的具有分数阶动力学特征的等效控制量。采用饱和函数作为切换函数,基于RBF 神经网 络对其切换增℃进行在线动态调节,以获得动态最优性能。通过数值仿真分析比较了引入FOC 后 滑模控制系统的动静态特性,结果表明:分数阶滑模控制(FSMC)系统能够更为快速平滑的趋近稳 态,这将有效抑制抖振现象,减小控制系统响应时间。半实物仿真试验结果表明:所提出的FNSMC 策略明显优于传统整数阶神经网络滑模控制( CNSMC),具有更强的鲁棒性及更高的控制精度,可 以很好实现预期的快速、平稳和高精度调炮。

研究了一种可以快速加压的气动灭火炮击发装置。采用伴随管随动发射,解决了高压气体发射击发时膛内发射气压需要瞬态达到气室压力的难题。建立了击发过程动力学模型和膛内 气体参数模型,给出了击发过程灭火弹运动方程。通过对击发过程进行仿真分析,得到了击发过程 膛内气体参数变化特性。研究了不同击发角对击发特性的影响,得到了最优击发角。通过MATLAB 软件对击发装置的撞击过程进行了校核。研究结果表明,伴随管式击发装置能有效地解决膛 内发射气压瞬态达到气室压力的要求。

为研究杀伤元对人体的致伤机理,采用明胶作为人体组织替代物,研究了球形破片侵彻 明胶时瞬时空腔的运动规律。采用高速摄影获得了3 mm、4 mm 和4. 8 mm 钢球以650 ~1 000 m/ s 速度侵彻明胶的空腔实验数据。根据弹性变形假设和位移场假设,推导出空腔的运动为正弦运动。 利用球形破片在明胶中的运动模型和空腔实验数据,建立了空腔振幅与能量、角频率与能量的经验 公式。采用5. 2 mm 钨球以800 m/ s 速度侵彻明胶的实验结果对模型进行验证,结果表明该模型能 够较好地预测球形破片侵彻明胶的瞬时空腔的振幅和振动周期。

后效期内的火炮弹丸特性研究在火炮工程实践中有重要意义,而其中弹丸后效期时间 和作用距离2 个重要参数,一直没有较为成熟实用的测量方法。提出了一种火炮弹丸后效期时间 和作用距离的测量方法,采用高速数字摄像技术,运行图像处理软件,分别得到弹带离开炮口时刻 和弹尾离开冲击波时刻的弹丸位置坐标和时间,两位置坐标之差就是弹丸后效期作用距离,两时间 之差就是弹丸后效期时间长度,并以某小口径火炮为测量对象,采用该测量方法成功地测量出了靶 场射击时的弹丸后效期时间和作用距离。

针对船载光电转台需要高性能位置控制以满足光电系统稳定地成像和精确地跟踪,提 出了一种PI 控制和Kalman 滤波融合的光电转台控制方法,其中包括直流电机的位置精确控制方 法和相应的PI 参数预测自适应整定方法。该算法利用Kalman 预测来取代普通PID 控制中微分部 分的作用,在不改变控制性能前提下简化参数整定,并通过电机逆模型与Kalman 预测实现PI 控制 器的参数预测自适应整定。仿真与实验结果表明:与普通PID 控制相比,所提出的控制方法具有良 好的动态性能,能显著提高船载光电转台的控制品质。

提出利用外推法拓宽蓝宝石光纤黑体腔高温传感器测量范围,通过分析蓝宝石光纤黑 体腔的导热规律建立了瞬态受热的黑体腔外推模型,利用分离变量法对外推模型进行求解,得到传 感器的测温上限为3 005 ℃. 设计完成了外推方法的实验验证,利用大功率高频可调制CO2 激光脉 冲作为1 500 ℃高温阶跃输入信号测得该传感器时间常数为10 -2 s 数量级。利用同一激光脉冲作 为热源、用该传感器和校准过的高速红外测温仪同时测得的黑体腔内外膜层温度变化曲线,验证了 外推模型及方法的正确性。