为研究压实装药在变容情况下的动态燃烧稳定性、安全性能及不同表面处理方法对动态燃烧渐增性能的影响,将太根小粒药表面进行解体预处理后,采用乙醇/丙酮高温热蒸汽软化法将其压实成堆积密度为1.35 g·cm^-3的药柱,再进行表面处理,得到待测的压实药柱样品。利用设计自制的变容燃烧模拟器进行动态燃烧中止试验,并记录燃烧过程的压力-时间曲线。与用纯的硝化棉胶包覆的压实药相比,添加点火敏化剂包覆样品易于点火,而添加钝感剂的包覆样品点火滞后,动态活性降低,燃烧渐增性较好。所制得的粘结压实药解体完全、燃烧稳定,药粒无破碎,发射过程是安全的。结果表明:合适的表面处理方法能有效抑制粘结压实药柱的起始燃气生成速率,实现较好的渐增性燃烧。

为研究底部冷排气的圆柱体模型的底部压力和尾部流场特性,采用有限体积法编程求解二维轴对称Navier-Stokes方程,对来流马赫数为2.47的底部排气圆柱体模型尾部流场进行数值模拟,并与实验进行对比。模型底部压力和尾部轴向速度场随排气参数的变化规律和实验吻合。分析了底排尾部流场中大、小回流区随排气参数的变化情况,以及底排气体出喷口后的流动规律。结果表明:在小排气参数时,底排气体出喷口后立即转向进入剪切层,底压迅速增加; 随着排气参数增大,在喷口和底部拐角之间出现小的环状回流区,并不断增大,使底压增长率减小。研究结果可为进一步提高底排增压减阻效率提供参考。

为提供弹丸出膛口后流场计算的初始数据,在内弹道计算的基础上引入了发射药燃烧产物组分的计算。内弹道计算采用经典内弹道计算模型,发射药燃烧产物组分的计算采用最小自由能法。在最小自由能法中,使用实际气体的范德瓦尔斯状态方程,采用剩余性质法计算实际气体的Gibbs自由能。通过计算,得到了膛内火药燃烧产物组分的变化情况。分析表明,该文的计算结果可以作为弹丸出膛口后流场计算的初始数据。

针对大口径平衡炮长管状药、模块化装药的特点,提出了将气固两相分别计算而非将固相流体化的建模思想,建立了适用于平衡炮的内弹道一维两相流模型。模型将管状药床看成一个在两端面压力差和相间阻力共同作用下可沿轴向运动的整体,相间质量能量输运通过控制方程中的源项实现。应用新模型与重叠网格技术对320 mm平衡炮内弹道过程进行仿真计算,通过计算结果与炮射试验结果的对比分析,验证了模型的可行性,为平衡炮内弹道过程研究提供了新思路。

为了准确地获得HTPB复合固体推进剂的粘弹性本构参数,研究了基于遗传算法的全加载历程松弛模量获取方法。利用DMA实验机系统进行了HTPB复合固体推进剂试件的松弛实验,分别使用传统计算方法和遗传算法获得了HTPB推进剂的松弛模量数据。将该结果应用于真实松弛实验的加载过程中,结果表明:传统方法忽略了实验过程中的加载阶段,计算得到的松弛模量小于实验值; 而基于遗传算法得到的松弛模量,精确度较高,是获取复合固体推进剂松弛模量一种较好的方法。

针对因工艺限制导致的惯导陀螺质心与内、外框轴交点不严格重合的问题,通过建立惯导陀螺转子动量矩坐标系,讨论了惯导陀螺转子存在质量偏心时的刚体运动,确定了转子受迫进动后的空间方位,分析了转子进动对惯导飞行控制过程的影响。利用末制导炮弹刚体弹道模型进行仿真,结果表明:轴向质量偏心造成转子在空间水平和垂直方向偏转角度较大,对末制导炮弹射程和侧偏影响很大; 径向偏心造成转子在空间中的移动缓慢,对末制导炮弹射程、侧偏产生一定的影响。

为研究布撒集束筒中无伞无翼子弹药的空气动力学特性和标定影响集束筒中4枚子弹药轴向抛撒落点散布的各个要素,应用系统动力学和计算流体力学等方法对非轴对称子弹药弹体外形在低马赫数、高粘性下进行气动仿真,分析了其外在流场,获取了气动参数; 编写了弹道程序,分析并标定了抛撒过程中影响集束筒中4枚子弹药落点散布的要素,总结出了相关要素影响落点散布的规律。结果表明:抛撒高度、牵连速度、集束筒轴线与水平面夹角、抛撒速度对子弹药落点间距影响较大; 抛撒高度、子弹药牵连速度对子弹药落点间距散布均匀性影响较大; 集束筒轴线与水平面夹角对子弹落点区域中心位置影响较大。

为深入了解导电纤维丝团空中展开与飘落的运动规律,建立了丝团空中运动的外弹道模型。以MATLAB数值计算软件为基础,基于四阶Runge-Kutta算法编写了相应的计算程序对模型进行求解。通过地面抛撒试验及靶场试验对丝团的空中展开及飘落情况进行了测试,数值计算结果与试验结果吻合程度较好,说明了模型的合理性。计算及试验结果对确定平台的抛丝团高度、丝团落点定位及进一步分析丝团对目标的毁伤效能提供了参考依据。

应用多体系统传递矩阵法和发射动力学,建立了舰载多管火箭发射动力学模型和动力学方程,建立了描述射序、射击间隔与舰载多管火箭武器系统性能之间定量关系的数值仿真系统,提出了通过优化射序和射击间隔大幅度提高舰载多管火箭射击精度的方法。实际射击试验结果表明,该方法大幅度提高了舰载多管火箭的射击精度,可推广应用于提高其他多管火箭射击精度的研究。

针对导弹对面积目标射击效能优化问题的特点,通过构造典型射击情形下导弹毁伤效能的目标函数表达式,建立了导弹对面积目标射击效能多目标优化模型。设计了一种采用实数编码的求解该模型的多目标遗传优化算法,通过仿真实例验证了算法的有效性,结果表明,利用该算法得到的瞄准点分布合理,研究结果有助于合理选择导弹对面积目标射击的瞄准点,提高导弹毁伤效能。

为解决飞行器任务规划的相关问题,给出了利用优化算法求解目标覆盖范围的基本流程。在合理选择优化指标与约束条件的情况下,计算一系列最优弹道以得到目标覆盖范围边界。为实现计算的快速性,提出了一种基于高度-速度剖面跟踪的目标覆盖范围求解方法。仿真结果表明,2种方法均能完成目标覆盖范围的计算,其中基于弹道优化的方法计算精度较高,基于弹道跟踪方法则在计算速度方面具有优势,二者可分别满足不同场合的计算需求。

针对倾斜转弯飞行器以给定角度攻击目标的要求,考虑控制回路动态特性对制导的影响,研究了带角度约束的制导律设计方法。以倾侧角和法向过载指令为控制量,建立了含控制回路动态特性的设计模型; 基于该模型和多通道解耦的思想,提出带角度约束的滑模变结构制导律,通过调整趋近律参数消除抖振。理论分析表明:在初始阶段,该制导律较最优制导律对过载的需求小; 通过优化制导律参数,当系统进入滑模面后,飞行器能按最优制导律命中目标。仿真表明,该制导律在满足落点和落角要求的同时,具有对过载需求分配合理、速度损失小的优点。

为了增强多枚反舰导弹协同作战时的突防和打击能力,提出了一种由弹目距离协同制导律和视线角速度收敛制导律两部分组成的多导弹协同制导律。综合多枚导弹的弹目距离信息,设计了期望弹目距离。基于比例导引律建立了导弹目标相对运动非线性模型,采用时标分离原理将其分为快变子系统和慢变子系统,然后采用动态逆系统理论将2个子系统反馈线性化,基于线性系统理论设计了能够实现多弹弹目距离趋于期望弹目距离的制导律。为了保证各导弹顺利地协同攻击目标,在飞行末段,采用有限时间控制理论设计了在弹目距离逐渐缩小的过程中视线角速度在有限时间内快速收敛到零的制导律。仿真结果表明:采用该协同制导律能够使多枚导弹以期望的弹目距离同步接近目标,最后几乎同时命中目标,有效地实现了弹目距离和攻击时间的协同。

为研究导引头量测误差引起的落角约束制导系统制导精度问题,引入扩展的落角约束最优制导律,考虑导引头视线角速率零位误差、视线角零位误差和导引头探测器角噪声,利用无量纲化方法和伴随函数法对制导精度进行研究。研究结果表明:当无量纲末导时间大于15时,由视线角零位误差引起的脱靶量基本收敛到0,落角误差收敛到稳态值; 大的导航系数有利于消除视线角速率零位误差对制导系统的影响; 导航系数越大,探测器角噪声引起的稳态脱靶量/落角误差也越大; 提高导引头的响应比提高驾驶仪的响应更有利于提高制导精度。

为研究钨合金长杆体在侵彻薄装甲钢靶板上的跳飞特性,在1 300～1 700 m/s速度范围,利用LS-DYNA对6～14 mm厚度靶板进行了数值模拟,采用每次调整0.5°着角逐步趋近的方法得出相应的跳飞角。不同靶板厚度仿真结果表明:长杆体在斜侵彻薄装甲钢靶板的过程中形成了连接点向前推进的塑性铰链,且随着靶板厚度的均匀增加,着角因素对跳飞影响呈强化趋势,而靶板厚度因素呈弱化趋势。加入靶板厚度因素对Tate跳飞模型进行了修正,并进行相应的验证试验,二者所得结果均与数值模拟结果吻合得较好。

基于电路与动力过程耦合作用的方法和发射过程中发射线圈与飞板的互感变化原理,对电磁飞板发射过程进行了理论分析。利用电、磁能量转换,牛顿定律和虚位移原理,建立了飞板发射阶段的运动模型,推演出飞板发射阶段的运动特性规律。通过试验研究了电磁驱动飞板的发射过程,证明了理论模型的准确性。研究结果表明,减小发射线圈回路自感,增加互感,可以有效提高飞板的速度。

采用超声空化测试方法研究了火炮制退机非工作腔和复进节制腔内压力试验中的异常现象。分析结果表明:制退液空化导致火炮复进时非工作腔不提供液压阻力,且使复进节制腔提供的液压阻力远大于传统理论计算值。火炮复进计算时,主流阻力系数应取0,支流阻力系数应取约4.4倍于主流后坐液压阻力系数1.5的值,即6.622 8,大于传统理论中推荐的最大取值6。对比发现,采用该方法计算的火炮复进速度比采用传统方法计算结果更加接近实测速度。

为降低大口径机枪和自动榴弹发射器研制与装备成本,提出了一种双口径双初速的新型模块化通用自动机技术方案,研制了实验发射系统样机。进行了12.7 mm/25 mm双口径双初速自动机匹配特性实验,证实了原理可行性及技术方案对2种口径、2种初速自动发射的适应性。建立了模块化通用自动机虚拟样机模型,通过仿真计算揭示了2种工作状态自动机运动学和动力学特性,获得了导气孔直径、导气孔位置、复进簧刚度、缓冲器刚度及预压力等参数变化对发射频率的影响规律。该研究为研制模块化班组支援武器族提供了新的技术途经和匹配技术参数。

为研究某步枪射击时的动态特性,运用Pro/E和ADAMS软件建立了该自动步枪虚拟样机模型,选取枪机框速度和位移为校验指标,将仿真结果与试验结果对比,验证了模型及仿真结果的可信性。在此基础上,研究了枪机框、枪机等部件的动力学特性,分析了活动机件前后运动产生的碰撞对枪身的冲击情况,为该自动步枪结构优化及人枪系统动力学问题的深入研究提供了参考。

为降低冲击载荷对车载武器系统光电仪器仪表的影响,利用泡沫铝材料阻尼特性良好的特点,设计制作了以泡沫铝为主体的复合结构。在力锤冲击的实验条件下,应用传感器测量复合结构层间载荷和表面加速度; 与仿真计算结果的对比验证了实验方法的可行性和测试结果的可靠性。根据实验结果得到用于精密仪器仪表降噪和减振的泡沫铝复合结构。实验结果还表明,具有该动态特性的复合结构可以起到机械滤波器的作用。

为了减小高速旋转弹上加速度传感器的量测误差,提出了基于质点弹道模型的比例系数卡尔曼滤波估计算法。结合转速的实时测量,对加速度传感器输出数据进行动态补偿,得到了轴向加速度的测量值。蒙特卡洛模拟仿真和外场试验证实了理论分析的正确性和误差消除方法的有效性。外场试验表明,轴向加速度测量值相对雷达测量值误差的均值小于0.05g,均方差小于0.32g,轴向加速度测量误差的均值由0.1g降低到0.01g的量级,大幅度地提高了轴向加速度测量精度。

针对单兵自动武器简易光电火控系统的研制,建立了瞄具成像模型、激光测距模型、火控弹道模型,为提高光电火控系统设计与仿真效率,引入协同仿真技术,建立了简易火控系统基于接口的协同仿真模型。在建立的仿真系统中,以距离目标600 m进行了仿真实验,获得了简易火控系统仿真特性参数,对协同仿真技术提高复杂系统的效率及有效性进行了验证。实验表明,协同仿真能够完成各种不同软件环境下仿真模型之间的协同工作,解决了单一模型难以描述多种非线性模块关系的问题,提高了仿真效率,为进一步研究单兵火力系统协同仿真提供了参考。