为研究远程火箭末敏弹弹道特性,应用弹道理论和控制理论,建立了远程火箭末敏弹母弹弹道方程;引入多体系统动力学理论,分析了末敏弹系统伞、伞盘、弹等刚体间的力学关系,考虑了系统的连接方式和约束,分析了伞绳弹性,建立了末敏弹在减速运动和稳态扫描段的完整运动模型.编制了远程火箭末敏弹弹道仿真软件,进行了末敏弹全弹道数字仿真,并得到了部分试验验证,分析了末敏弹弹道特性.为远程火箭末敏弹射击精度仿真和减少精度试验用弹量奠定了基础.

在充分调研国内外轨迹优化方法的基础上,针对可重复使用助推飞行器飞行过程中有一段大攻角飞行且期间还需进行一次大角度翻转的飞行模式,以俯仰角为最优控制量,采用直接打靶法和序列二次规划法,选择速度作为过渡量,将分离点至再入结束点的飞行过程分为调姿转弯段和再入段进行优化.分析了过渡速度和分离点处弹道倾角的取值,得到了较为合理的过渡速度和分离点处弹道倾角的取值范围,进行了该飞行过程的全段轨迹优化.仿真结果表明本文给出的优化策略能较好地获得一条满足约束条件的优化轨迹.

为拦截高速、大机动目标,建立了纵向平面内的拦截器-目标非线性相对运动学模型,基于Terminal滑模控制中滑模面上的跟踪误差能够在有限时间内收敛到0的思想,设计了纵向平面内的Terminal滑模制导律,并结合Lyapunov稳定性理论对其稳定性进行了证明推导;将继电特性连续化的方法引入到制导律设计中,实现了准滑动模态控制.仿真表明,所设计制导律能使视线角速率在有限时间内收敛到0.该制导律符合动能拦截器可用过载小、燃料受限、对脱靶量要求高等要求,具有一定的工程应用价值.

针对弹道导弹助推段的拦截问题,基于线性二次型微分对策理论,提出了空基拦截弹直接碰撞制导律.根据拦截弹和弹道目标的追逃对策模型,在具有目标先验信息和无目标先验信息条件下分别设计了拦截弹最优制导指令;通过控制指令分解,将拦截弹制导过程分为弹道形成制导段和末制导段.该制导律可以消除目标机动和估计误差带来的影响,具有较强的适应性.仿真结果表明,所设计的制导律满足设计指标,达到了直接碰撞杀伤目标的目的.

为克服直接力/气动力复合控制系统的非线性耦合,实现导弹的大攻角机动飞行,采用反馈线性化方法,经过适当的假设转换,将复合控制导弹的俯仰和偏航通道线性化解耦,再针对每个控制通道设计RBF神经网络滑模变结构控制器.仿真结果表明,2个控制通道实现解耦,并能各自稳定跟踪控制指令,具有较强的鲁棒性,而且控制量的抖振得到了有效抑制.基于反馈线性化的变结构控制方法使得复杂的导弹控制系统设计问题大大简化.

为研究卫星制导脉冲修正炮弹的最优控制率,利用卫星虚拟导引装置和弹道解算器给出的无控弹丸自由飞行参数和脉冲发动机参数,研究了一种预测脉冲发动机修正矢量的新方法.根据修正矢量得出脉冲发动机修正能力大小,忽略相关小量,对表达式进行简化处理,分析了影响脉冲发动机修正能力的主要参数,给出了单脉冲修正能力范围,从而为脉冲发动机设计和控制决策系统研究提供了依据.仿真验证了此计算方法的准确性.此方法计算简便、准确,可大大减少弹载计算机的计算量,有利于卫星制导脉冲修正炮弹的工程实现.

针对中远程自寻的导弹攻击目标过程中系统状态可观测性弱的问题,提出了一种基于角度搜索的弹道优化设计方法.根据被动跟踪的可观测性理论及导弹自身约束建立了弹道优化指标函数,给出了基于角度搜索和扩展卡尔曼滤波器的弹道优化算法,提出了一种动态网格划分方法,用以解决确定性网格划分寻优过分依赖网格密度、运算精度低的问题.仿真结果表明,该弹道优化方法能够有效提高滤波器性能,增强系统状态的可观测性,且计算速度和精度高.

为了推导并设计最佳起爆角和起爆时延算法,研究和分析了基于控制导引一体化(GIF)技术的R-77导弹的弹目交会信息,通过坐标转换和误差去偏,将改进卡尔曼滤波算法应用到弹目交会信息的滤波中,用滤波后的弹目交会信息设计最佳起爆角和最佳时延.根据具体仿真条件进行仿真,结果表明,用改进后的卡尔曼滤波算法对弹目交会信息进行滤波,波动较小,数据较为集中,能得到较高的最佳起爆角和起爆时延估计精度.

为研究组合导航杆臂效应对制导回路带来的影响,分析了惯导安装位置偏离质心带来的杆臂效应误差的产生机理及对视线角速度的影响,提出了杆臂效应寄生回路的概念并建立了分析模型,完成了模型的无量纲化.针对弹上不同的惯导安装位置,分析了寄生回路稳定性及其对制导回路性能的影响.寄生回路稳定性随弹目距离的减小而变差;当惯导位于质心后部时,杆臂效应相当于正反馈,此时寄生回路稳定域最小,对脱靶量的影响最大.应尽量将惯导布置于质心或质心前部,并在组合导航算法中引入弹体角速度修正,对杆臂效应误差进行补偿.

为提高破片式空地反辐射导弹的毁伤效能,提出了一种炸高依末端弹道倾角而定的近炸方式.分析了起爆点相对目标的方位及距离;确定了由破片面积密度和破片动能所限定的导弹毁伤范围的解析表达式;以毁伤目标雷达天线概率最大为目标函数,建立了求解导弹最佳炸高函数的优化模型;以AGM-88C攻击SAM-6为例,进行了Monte-Carlo仿真计算.结果表明,这种近炸方式能实现较好的引战配合,使导弹获得较高的单发毁伤概率.

为了研究单发防空导弹杀伤区内杀伤概率的变化规律,根据防空导弹的杀伤原理,分析了单发防空导弹杀伤概率的各种影响因素,建立了防空导弹杀伤概率的数学模型.计算了防空导弹单发杀伤概率,分别确定了制导误差、引信引爆点散步、引信起爆点概率和战斗部毁伤概率的计算方法.以某型防空导弹为例,通过Matalab软件仿真,分析了防空导弹在杀伤区内的单发杀伤概率,得出了单发杀伤概率与弹道偏差的关联值表.结果表明,随着弹道偏差的增大,防空导弹单发杀伤概率逐渐减小,为防空导弹有效抗击空中典型目标提供了指标决策依据.

为研究细长体背风面非对称分离涡在俯仰振荡中的变化,选取2种典型细长体非对称流态的初始迎角,在固定振幅和频率的情况下,利用脱体涡模拟(Detached-Eddy Simulation,DES)方法对处于非对称流场下的细长旋成体进行数值模拟.计算结果表明,俯仰振荡对细长体背风面流态有巨大的影响,对非对称分离涡有明显的控制作用,在大迎角非对称涡系未破裂以及特大迎角非对称涡系依次破裂的情况下,俯仰振荡都可以改变流场结构,抑制流场的非对称性,使分离涡趋于对称.

运用LS-DYNA仿真软件模拟了聚能杆式侵彻体的成型,并通过X光成像试验进行了验证,试验结果与数值模拟结果吻合较好.分别研究了同一时刻、同一炸高及断裂时刻,不同装药长径比聚能杆式侵彻体的成型情况,找出了获得较佳聚能杆式侵彻体的装药长径比为0.9～1.2.研究结果表明,当装药长径比超过1.2,再增加装药长径比对聚能杆式侵彻体头部速度影响很小;装药长径比大于0.9以后聚能杆式侵彻体的飞行稳定性较佳.

为揭示表面异形遮弹层的诱偏机理,采用Hertz接触理论建立了弹体与偏航层中异形体撞击的力学模型,综合考虑了弹体入射姿态、命中速度以及异形体材料特性、几何参数等因素的影响,并根据刚体运动学理论进一步导出弹体与异形体撞击过程中的运动微分方程.弹体偏转角随命中速度增大而增大;在一定速度范围内,计算结果与试验数据较为接近.结果表明,弹体在撞击异形体的过程中受到巨大的非对称力作用,且其作用随命中速度增大而增大,致使产生较大的攻角和角速度,削弱了弹体侵彻威力.

为了获得冲压加速器内高速流场与弹丸周围激波结构的特性,采用高精度WENO计算格式求解二维可压欧拉方程,结合自适应网格加密技术(AMR)与沉浸边界法(IBM),数值模拟了冲压加速器冷态实验.结果表明,计算方法很好地描述了冲压加速器内部流场和激波结构,完整地呈现了弹丸周围激波的形成与发展过程及相关参数的变化情况,可以对冲压加速器冷态实验给予一定的指导与借鉴.

为了研究双基推进剂在压缩情况下的力学性能,通过单向压缩方法,获取了压缩速率为1mm/min时不同温度下,以及15℃下不同压缩速率时的压缩试验数据,得到了双基推进剂在压缩情况下的应力-应变的一般变化趋势,双基推进剂的力学性能具有明显的加载率相关性与温度相关性,屈服应力、屈服时的应变、极限应力及对应的应变均随应变率的变化而有一定的变化.在较高的加载速率下,由于没有有效的散热过程,应变率效应与温度共同影响着双基推进剂的力学性能.

利用材料试验机在不同温度和应变率下对双基推进剂的力学性能进行了系统性的研究.结果表明,双基推进剂力学性能有明显的温度和应变率相关性,在低温(233.15K)下近似为脆性材料,而在常温(288.15K)和高温(323.15K)下呈现出明显的塑性流动.提出了针对双基推进剂屈服值的判断方法.双基推进剂拉伸试样的断面表征也有明显的温度和应变率相关性,系统地分析了双基推进剂拉伸断面形貌特征.对双基推进剂力学性能及其试样断面的变化规律进行分析,为以后双基推进剂的选择和装药的结构完整性分析奠定了基础.

为研究某自动榴弹发射器射击时的动态特性,将弹链和枪架腿杆考虑为柔性体,运用ADAMS和ANSYS软件建立了该榴弹发射器的刚柔耦合动力学模型,确定了膛底压力、导气装置的气室压力、抽壳阻力、弹簧作用力等载荷参数,并验证了模型的可信度.在此基础上,研究了弹丸、枪管、自动机、复进簧和供弹机构等部件的动力学特性;分析了射角和自动方式对自动机运动特性的影响.仿真结果表明,该榴弹发射器结构设计合理,身管短后坐-导气式的混合式自动方式能够保证自动机在不同射角下完成各项动作,供弹机构工作可靠.

为研究不确定侵彻条件下引信引爆策略对炸点深度的影响规律,通过拉丁超立方采样设计了数值模拟试验,采用侵彻力函数代替弹靶接触力的快速算法进行了数值模拟计算,分析了不确定侵彻条件下5种引信引爆策略的炸深控制精度及其影响因素.结果显示,其炸深控制精度从低到高排序为延时、定冲量、定能量、定轴向位移、定垂直位移.定轴向位移和定垂直位移引信可以适用于不同靶体材料,在设定值相同的条件下,利用这2种策略可以到达基本相同的炸深.侵彻速度的不确定性对延时引信炸点控制精度的影响显著,对定位移引信的影响非常小,倾角和攻角是影响定位

为确定战斗部最佳起爆延时,通过巧妙地建立坐标系,提出一种考虑破片速度指数衰减的计算模型.对共面交会条件下战斗部最佳起爆延时进行计算,得到了战斗部最佳起爆延时随弹目交会角的变化规律,及威力半径为9m时战斗部的作用范围.结果表明,随着弹目交会角的增加,最佳起爆延时存在一个极大值,且战斗部的作用范围趋近于战斗部威力半径.

基于三维粘性可压缩N-S方程以及k-ω湍流模型方程,分析了单火箭滑橇在超音速近地飞行时的气动特性.计算网格为三角形非结构网格和四边形结构网格组成的混合网格,采用有限体积法对微分方程进行离散,应用隐式耦合算法求解离散方程.数值模拟了速度及攻角变化对火箭滑橇气动特性的影响.结果表明,随着马赫数的增加,火箭弹头部表面压力升高;超音速飞行时,火箭弹头部产生激波;火箭滑橇阻力系数随着马赫数的增加,先增加后降低;在小的气动攻角条件下气动阻力和升力变化不大,而侧向力载荷随着气动功角的增加而增大.数值模拟结果为超音速单轨

直接由验前数据获取验前分布可能导致正样机数据"左右"定型试验结论,为了解决此问题,采用混合贝塔分布描述二项分布的验前分布,用相似性因子描述前后两次试验在产品状态和试验条件的差异,运用层次分析法确定了影响步兵榴弹环境适应性试验项目的不同因素的取值范围和相应评语集,给出了基于混合贝塔分布的试验方案设计方法.在获得试验数据后,运用聚类分析方法分析了产品验后分布的环境敏感性.结果表明,该方法参数估计的均方误差更小,估计值更稳健;聚类分析方法能够发现环境因素对产品性能的影响,能够为产品的改进和使用提供数据支撑和指导