为提高导弹的突防概率和协同攻击目标,需要对攻击角度和攻击时间同时进行协调,针对此,研究了Gauss 伪谱法,并将其引入到导弹的航迹规划中。基于导弹的质点模型,通过Gauss伪谱法将存在边值、过载和禁飞区等约束条件的导弹最优航迹设计问题转化成一个非线性规划问题,并进行求解;对传统过载性能目标函数进行了改进,使导弹后期飞行轨迹平滑,过载需求降低,对多导弹协同攻击静止目标进行了仿真验证。仿真结果表明,利用 Gauss伪谱法可在10s内获得一条满足要求的平滑飞行航迹,过载满足要求并降低了末段控制压力,提高了导弹的突防能力。

为了增强导弹的突防能力和对目标的打击能力,提出一种基于虚拟导引点的对多枚导弹的位置、攻击角度、攻击时间和攻击速度进行控制的方法。建立了导弹与导引点的相对运动模型,针对攻击速度和攻击时间的要求,设计了导引点的圆弧运动轨迹。针对位置协同和攻击角度协同的要求,同时考虑导弹的需用法向过载因素,设计了导弹与导引点之间相对距离的变化规律。研究了基于相对误差的变距离跟踪控制器,使导弹能够以设定的变化的相对距离跟踪导引点飞行。仿真结果表明,采用该方法能够有效地实现多枚导弹在协同作战过程中的位置、攻击角度、攻击时间以及攻击速度的协同。

针对传统火控攻击方式在电子干扰环境下超视距攻击能力降低的问题,提出了利用无源侦察系统获取的带有误差的目标信息进行火控计算的空空导弹广义攻击区的概念。采用机会约束规划方法建立了期望值广义攻击区的数学模型,给出了基于蒙特卡罗模拟的计算方法。仿真结果表明,采用期望值广义攻击区可以增加电子干扰环境下空空导弹的发射机会。根据指定不同期望命中概率而得到的广义攻击区等概率曲线,飞行员可以提高在复杂战场环境下攻击作战的灵活性。

为提高反坦克导弹对空中机动目标的命中精度,使其具备一定的低空防御能力,通过推导纵向平面内末制导段的弹目相对运动简化模型,并以零化弹目视线角速度为出发点,设计了一种改进自适应滑模变结构导引律,同时通过改进开关项系数,综合应用饱和函数,成功削弱了滑模变结构的抖振现象。仿真结果表明,在打击空中机动目标时,设计的导引律具有较高的命中精度,可以合理地分配末制导段导弹的法向过载,证明该文设计的导引律是有效的。

针对拦截目标过程中存在的信息随机间断现象,建立了马尔科夫跳变系统微分对策模型,给出了微分二次型代价函数,并求出了问题的解析解。基于导弹和目标视线角速度模型,推导了跳变系统随机微分对策制导律。仿真结果证明了新的制导律能够有效地对抗目标干扰,所需过载较小,脱靶量小; 可最大程度降低干扰对拦截过程的影响,有利于提高整个系统的综合作战效能。

在无地面测试信息条件下,针对制导工具误差分离的线性模型,提炼了基于稀疏约束的正则化模型一般形式。基于极大似然理论推导了自适应参数正则化模型,正则化参数可随逼近误差的变化而相应变化,避免了选取普适性正则化参数的困难。提供了基于拟牛顿方法的求解算法。实验结果表明,在同等条件下,该方法优于主成分分析方法和固定参数的正则化方法。

为提高反鱼雷鱼雷的命中精度,采用变结构控制技术设计了反鱼雷鱼雷(ATT)导引律,通过控制ATT的航向角将ATT导向目标鱼雷,在理论上证明了该导引律能够将反鱼雷鱼雷精确导向目标,并在该导引律的基础上建立了ATT的拦截弹道的仿真模型。拦截弹道仿真表明,该导引律对目标机动具有很强的鲁棒性,能够精确打击机动目标,系统响应速度快,弹道稳定平滑,法向过载小。

基于三维非定常N-S方程,数值研究了吸气式高超声速机体/推进一体化飞行器的动态特性。空间方向的离散采用二阶精度的Roe格式,非定常流动求解采用“双时间步”方法的隐式LU-SGS格式。基于Etkin非定常气动力模型,采用小振幅强迫简谐分析法发展了动态阻尼导数的数值计算方法。在Finner标模验证的基础上,针对高超声速内外流一体化飞行器开展动导数辨识。对时间步长、子迭代步数、减缩频率等参数的影响进行了计算分析,结果表明:减小时间步长、加大子迭代步骤可提高非定常流动的收敛速度,但计算量增大; 减缩频率越小,动导数辨识难度越高。

为解决射击精度合格率及可靠性评估中试验数据不足的问题,引入云模型描述射击精度的方法评估射击精度合格率及可靠性。该方法选用云模型的正向云发生器模拟弹着点在靶标上的分布情况,用散布圆半径R₅₀度量方法对射击精度进行了评定。通过计算射击精度合格率及可靠性评估条件概率,应用贝叶斯理论实现了对射击精度可靠性评估。举例对射击精度可靠性进行了评估,确定了评估所需的最小样本量。研究结果可为进一步研究射击精度合格率及可靠性评估提供参考。

为了探求管-杆伸出式侵彻体的威力增益规律,在相应侵彻试验的基础上,利用LS-DYNA3D建立了管-杆伸出式侵彻体垂直侵彻和60°着角斜侵彻的数值模拟模型,并与基准杆的侵彻情况进行了对比分析。结果表明,管-杆伸出式侵彻体与基准杆相比,垂直侵彻与着角60°的斜侵彻均有9%以上侵彻的增益,着速大于1 600 m/s时增益随着速的增长而增长,且斜侵彻时的增益同比大于垂直时的增益,斜侵彻最大增益达19.5%。

为弥补原有射流侵彻大倾角靶板时射弹跳弹角计算方法的不足,给出了考虑聚能射流和靶板的可压缩性的聚能射流跳弹角的计算方法,并进行了试验研究。对计算结果与实验结果进行了对比分析,分析结果显示,射流的跳弹角不仅与射流速度、密度、声速和压缩率等物理参数有关,还与靶板材料的密度和声速等参数相关。计算结果和试验结果符合良好。

以EFP拦截钻地武器为目的,将钻地弹等效为厚壁爆炸药盒,利用LS-DYNA3D非线性有限元程序对拦截战斗部的EFP成型、侵彻药盒厚盖板、引爆爆炸药盒作用的全过程进行了数值模拟。进行了EFP成型X光试验、EFP引爆爆炸药盒试验,分别与数值模拟结果进行了对比分析,结果表明,数值模拟与试验结果吻合较好,带尾翼的EFP能有效侵爆40 mm厚盖板爆炸药盒,可以作为近程防卫武器的有效毁伤元。

为了用力学参数定量评估爆炸冲击波对人体胸部肺组织的创伤程度,改进了Lobdell的人体胸部撞击创伤模型,获得了爆炸冲击波作用下的人体胸部动力学模型,推导了模型的动力学方程,选择了合理的计算方法。将实验数据加载到模型中作为边界条件,计算了胸部各个方向运动的速度、位移、肺腔压力、肺组织中的压力波及归一化功,并分析其变化规律与冲击波、创伤效应之间的联系。利用归一化功与肺组织创伤的关系,计算了肺组织中各个创伤等级所占的比率,并与Injury8.2的计算结果进行对比,二者基本一致。分析结果表明,建立的人体胸部模型可应用于各种环境下冲击波的肺组织创伤评估。

为研究粘结压实药柱的解体与强度之间的关系及表层处理方法对解体与燃烧渐增性能的影响,分别采用升温直接压实法及乙醇/丙酮高温热蒸汽软化法将预处理后的太根小粒药压实成高密度药柱,再进行表层处理,得到待测的压实药柱样品,利用材料试验机测试样品的常温压缩力学性能; 进行中止燃烧实验,并用数据采集系统记录燃烧中止前燃烧室内的压力-时间曲线,分析样品的解体及渐增性燃烧性能。与升温直接压实法相比,高温醇酮蒸汽软化法制得的样品压缩力学性能增强,药粒分裂、解体相对压力区间展宽,燃烧较为平稳。经表层钝感处理后的样品,起始动态活性明显降低。结果表明:高温醇酮蒸汽软化法制得的样品在保持一定力学性能时内层药粒易于分裂。选择合理的表层处理方法能较好抑制粘结压实药柱起始阶段的动态活性,解体过程能得到较好的控制,具有较好的燃烧渐增性。

提出了一种基于液体药的新型随行装药高初速火炮发射方案。该方案运用差动原理,即多体组合弹丸不同组合件之间的速度差,实现弹载液体药向弹后连续喷射。在弹后空间高温燃气作用下,喷射出的液体药就地燃烧,弥补或消除了弹丸运动引发的稀疏波影响,有效提高了火炮工作容积利用率。推导了组合弹体的动力学方程和弹后空间准平衡态热力学体系中弹底不断有质量能量流入的火炮内弹道方程组。数值计算及多方案对比结果表明,某大口径火炮基于液体随行装药组合发射方案,在最大膛压、弹质量及弹丸行程等条件不变的情况下,弹丸初速可提高26%,火炮工作容积利用率提高约44%。

为了更加精确地描述制导炮弹膛内多相燃烧过程,保证其发射安全性,基于高阶近似黎曼解模型,构造了某制导炮弹双一维内弹道两相流高精度近似黎曼离散格式,对膛内高温高压多相燃烧过程进行了相关数值模拟。数值仿真结果与实验结果符合较好,数值结果准确地描述了制导炮弹膛内复杂多相燃烧过程,完整地呈现了高温高压变截面条件下的膛内复杂波系发展过程,为后续研究不同装药条件对制导炮弹的内弹道特性及发射安全性的影响奠定了理论基础。

为研究射流对爆轰传播过程的影响,对爆轰管内安装物理障碍物和采用射流喷射方式2种情况下的燃烧转爆轰过程进行了数值模拟。计算结果发现,这2种方式都能有效促进燃烧转爆轰过程。射流通过与爆轰管内火焰相互作用能提高火焰传播速度,有效促进燃烧转爆轰过程; 与安装物理障碍物相比,采用射流方式能缩短燃烧转爆轰距离约15.4%。计算结果可为脉冲爆轰发动机实验提供理论指导。

为了拓宽超声速化学非平衡流的计算方法,将2种动力学格式(KFVS格式和KWPS格式)推广到基于非结构网格的超声速化学非平衡流场的数值模拟中。采用线性重构技术和Venkatarishnan限制器求解单元界面处的物理量,并结合动力学格式求解对流通量。采用该数值方法模拟经典的球头激波诱导燃烧和高超声速球锥非平衡流场算例。数值模拟与文献的对比结果表明动力学格式在超声速化学非平衡流中能够精确地捕捉到激波、燃烧波等物理现象,具有高精度高分辨率特性,为计算超声速化学非平衡流提供了一种新方法。

借助相位多普勒粒子动态分析仪(PDA),采用对撞式喷嘴,研究了液体工质在大气环境中喷雾场的周向分布特性。结果表明:在0.8～1.8 MPa喷射压力下,液滴雾化参数D_32,vz,vr32的周向分布均匀性随着轴向距离的增加而提高; 在2.2～2.6 MPa喷射压力下,距离喷嘴越远,液滴雾化参数沿周向分布越不均匀。采用RNI理论对喷雾场参数沿轴向和径向的分布均匀特性进行了定量表征分析,结果与实验相吻合,表明RNI理论可以反映雾化场的非均匀特性。

为准确描述某型步兵战车共架双炮结构中柔性身管装配体约束模态固有特性,基于模态试验数据,提出一种基于支持向量机响应面模型的双炮身管结构有限元模型修正方法。应用ANSYS有限元分析软件对某型步兵战车双炮身管与缓冲器装配体进行模态分析,提取前6阶模态的固有频率和振型,应用模态测试设备实测了双炮身管组件的模态信息。基于有限元模型数据与实测数据的相对误差,采用支持向量机响应面模型修正方法对双炮身管组件弹性模量和密度进行修正。模型确认结果表明:修正后的身管组件有限元模型精度有了大幅度提高,能更加真实地反映身管组件的结构特征。

为研究步枪后坐作用力的影响因素,以导气式步枪为例,考虑将传感器等效为含阻尼的弹性约束,结合步枪自动原理,建立了步枪后坐作用力测量系统的多刚体动力学模型,研究了不同约束刚度和支撑点位置对后坐作用力峰值的影响,分析了不同约束下步枪最大后坐作用力的相对偏差。结果表明:步枪后坐作用力随约束刚度值变化,支撑点的位置对步枪后坐作用力也有着一定的影响; 步枪后坐作用力并非武器的固有属性。