为了实现多枚导弹从不同的方向对目标进行饱和攻击,建立了导弹和目标的非线性运动模型,并对模型进行归一化; 设定理想攻击时间和攻击角度,利用具有攻击时间约束的制导律得到初始猜测控制量,采用模型预测静态规划方法对控制量进行迭代更新直至满足脱靶量和角度约束条件,从而得到能够同时满足攻击时间和攻击角度约束的次优协同制导律。仿真验证结果表明:在合理给定理想攻击时间和攻击角度的前提下,本协同制导律具有良好的性能和较强的鲁棒性,且计算效率高,具有在线优化的潜力。

针对飞行器的可达性问题,研究了可达域与可返回窗口2个子问题。前者着眼于飞行器在现有条件下对地面目标的覆盖范围,后者则更关注于飞行器在返回过程中的空间上界。对描述飞行器可达性问题的2种方法进行深入研究,提出一种统一框架下的飞行器可达性数值求解方法。通过研究与可达域相对应的终端优化问题以及与可返回窗口相对应的初值优化问题,形成了一套完整的求解流程。仿真结果表明,利用所提求解方法能够快速获得飞行器完整的可达性信息,为飞行器的总体设计、任务规划等提供设计参考。

针对旋转稳定二维弹道修正弹的制导律设计问题,提出了一种基于速度方向修正的弹道跟踪制导方法,推导了固定舵产生阶跃激励时弹丸的攻角及速度运动规律,得到了平均偏角的相位角与固定舵滚转角的关系。通过在标准弹道上生成一个虚拟未来点,得到了速度角的指令。提出了通过修正速度方向与该指令的偏差,实现对标准弹道跟踪的原理。提出了一种当实际弹道偏离标准弹道较远时,通过落点预测实时生成新的标准弹道的方法。仿真结果表明:小射角射击时,可在全弹道采用速度方向修正来跟踪标准弹道; 大射角射击时,可在降弧段在线生成标准弹道,再通过速度方向修正来跟踪该标准弹道。

为准确估算远程预警雷达对弹道导弹探测的时间窗口,需要联立导弹轨迹与雷达探测范围的数学模型,求解非线性二次方程组。提出了一种非线性二次方程组的求解方法,首先将核问题转化为二次等式的优化问题,引入误差范数约束非凸优化问题,将二次等式进行一阶和二阶泰勒展开,将原问题在局部近似为一个最优化问题并利用迭代凸优化求解,得到雷达探测范围与导弹弹道的交汇点坐标的解析解,实现对雷达探测时间窗口的准确估算。通过场景模拟与求解分析证明了该方法的正确性,并表明该方法具有精度高、通用性强的特点。

为了解决SINS/GPS组合导航系统姿态、速度和位置等导航参数的非线性估计问题,提出了一种基于平方根中心差分卡尔曼滤波(SR-CDKF)的直接式滤波估计方法。系统状态方程选取惯导力学编排方程,系统状态向量和观测向量分别选取SINS导航参数和GPS输出参数,构建了SR-CDKF滤波器。该滤波器可以使导航参数动态过程得到直接反映,并使得直接式滤波计算流程得以实现。以MATLAB中areoblk_HL20模块为基础构建了仿真系统并进行了仿真。仿真结果表明,该算法具有较高的滤波精度、良好的滤波收敛性和稳定性,能使非线性模型下SINS/GPS组合导航系统的导航要求得到满足。

为提高反临近空间高超声速目标的拦截精度,提出一种基于零效脱靶量的制导估计一体化设计方法,通过对目标拦截的制导估计问题分析,建立制导估计一体化设计的系统模型,并对具有目标机动补偿的零效脱靶量制导律进行设计。在目标状态信息可量测的条件下,零效脱靶量制导律与比例导引法相比,其制导性能略高; 在目标状态信息不可量测的条件下,基于零效脱靶量的制导估计一体化设计方法对目标加速度的估计误差更小,制导精度也更高。利用该方法可以较好地跟踪目标机动,减小估计延迟对制导精度的影响,具有较高的制导精度和较强的鲁棒性。

为了研究低速旋转对尾翼式弹箭气动特性的影响,采用三维非定常N-S方程并结合滑移网格技术,在小攻角和全马赫数下,对某尾翼弹在低转速状态下的绕流流场进行了数值模拟。以美国陆-海军动导数计算标模验证该文算法的有效性。结果表明该方法有较高的精确度。由不同马赫数、转速和滚转角条件下的计算结果发现:纵向气动特性(即升力、阻力、俯仰力矩)不随转速而变化,平均滚转力矩系数和转速为定比例关系,平均马格努斯力系数随转速呈非线性变化,瞬时马格努斯力系数随滚转角呈正弦变化。

为研究确定轻武器榴弹射击密集度的试验方法,结合轻武器榴弹鉴定试验时的操作实际,对气象条件、弹丸初速、射角、弹道系数等影响因素进行了分析,找到了影响轻武器榴弹射击密集度散布变化的关键因素。通过运用数理统计理论建立了方差检验模型,对有关产品在不同状态下的密集度散布方差进行了检验分析。检验结果表明,弹温对密集度散布没有影响,而分组试验能够消除偶然因素带来的不利影响。为保证试验条件的一致性,建议密集度试验采用在标准温度下分3组进行的试验方法。

建立了破片式战斗部对飞机类目标的毁伤评估模型,包括目标及战斗部破片场的描述、部件的毁伤准则、破片场与目标的交会分析、部件及目标毁伤评估等内容。通过树图分析了部件毁伤与目标毁伤之间的关系,并由部件毁伤概率得到飞机目标毁伤概率。该模型可以评估任意弹目交会条件下,破片式战斗部对飞机类目标的毁伤能力,可应用于战斗部设计与优化、整个武器系统的效能评估、飞机易损性以及战场生存能力评估。以某飞机为例,对其进行了毁伤评估计算,得到不同脱靶量和战斗部爆炸位置处的飞机毁伤概率。

为分析蜂窝铝结构参数以及弹丸参数对冲击波形的影响,利用LS-DYNA有限元软件建立了弹丸侵彻蜂窝铝模型,模拟了侵彻波形的发生过程。比较了蜂窝铝相对密度、胞孔角度,侵彻初速和弹头形状对冲击加速度波形的影响。结果表明,增大蜂窝铝相对密度、减小胞孔角度可以引起加速度峰值的提高和冲击脉宽的减小; 提升初始侵彻速度可以同时引起加速度峰值与脉宽的提升; 弹丸形状影响冲击波形,使用卵形弹可以获得较平缓的加速度波形。研究结果对以蜂窝铝为缓冲材料的冲击试验参数选择具有重要参考价值。

正六边形钢管约束混凝土靶具有优良的抗侵彻性能。基于12.7 mm穿甲弹侵彻试验,运用ANASYS/LS-DYNA软件,分析了正六边形钢管约束混凝土靶的钢管壁厚和边长对抗侵彻性能的影响; 考虑效费比,分析了钢管约束混凝土靶的经济性能。结果表明:适当增加钢管壁厚和减小边长可提高正六边形钢管约束混凝土靶的抗侵彻性能; 优化钢管壁厚和边长的匹配可以得到较好的抗侵彻能力和经济性,对于该文所用弹丸,较优匹配为边长37.5 mm、壁厚3.5 mm。研究结果可为钢管约束混凝土遮弹结构设计提供参考。

为了改善常规枪弹杀伤过剩,在9 mm手枪基础上使用陶瓷枪弹进行试验,研究了陶瓷枪弹侵彻航空玻璃,并进行了结果分析。运用LS_DYNA有限元软件,对不同速度的低侵彻陶瓷枪弹侵彻航空有机玻璃进行数值模拟,对比弹头的破碎效果和对航空有机玻璃的毁伤效果,分析低侵彻陶瓷枪弹的破碎性能和对航空有机玻璃的侵彻威力。研究结果表明:低侵彻陶瓷枪弹具有良好的破碎性能,速度对低侵彻陶瓷枪弹侵彻航空有机玻璃的毁伤效果影响很大,存在充分发挥低侵彻陶瓷枪弹能力的速度区间。

针对柔性喷管固体火箭发动机的复杂多相流数值计算问题,基于Euler-Lagrange方法,应用k-ω SST湍流模型和颗粒轨道模型,建立了气固两相三维内流场计算模型。分析了发动机内部压强和温度场、燃气和粒子速度场、固相粒子沉积浓度和颗粒运动轨迹; 重点分析了喷管无摆动和摆动5°状态下的发动机内流场变化特性。研究表明:2种工况下的燃烧室平均压强、温度场及喷管出口速度变化幅度较小,但对喷管柔性连接缝内的流场速度影响较大,固相粒子最大沉积率产生于发动机后封头的绝热层内壁; 喷管无摆动时,柔性连接缝内的粒子沉积率较低,随着喷管摆动幅度增加,粒子沉积浓度大幅度升高。

固体火箭推进剂的侵蚀函数目前还没有方便而有效的手段(无论理论方法还是实验手段)来获取,火焰弯曲理论能较好地揭示固体复合推进剂侵蚀燃烧现象,以此为基础,建立了火焰弯曲理论侵蚀函数方程,进一步求解得到随燃气流速变化的侵蚀函数。通过实例验证,该获取侵蚀函数的方法及获取的侵蚀函数具有较高的预示精度,满足工程计算要求,对于研究固体推进剂的侵蚀燃烧理论、获取固体火箭发动机侵蚀函数,以及提高固体火箭发动机内弹道预示精度,均具有重要的实际应用意义,该方法仅适用于AP复合推进剂。

安装高效的膛口制退器是降低小口径自动炮后坐力的有效手段,以某小口径自动炮为研究对象,设计了4种膛口制退器,并重新设计了缓冲器,建立了小口径自动炮低后坐发射刚柔耦合动力学模型并进行了仿真,合理匹配了制退器与缓冲器二者的参数,使该武器的后坐力得到了明显的降低。如果制退器与缓冲器二者的参数匹配不好,则制退效率高的制退器的后坐力甚至可能会大于制退效率低的制退器的后坐力。研究结果表明,只有将高效的膛口制退器与缓冲器的参数合理匹配,才能使小口径自动炮的后坐力得到显著降低。

针对我国炮弹弹质量分级采用同一标准的情况,为分析弹丸质量偏差对作战使用的影响,根据弹质量分级的目的及现状,分析了弹丸质量偏差形成原因及其对弹丸外弹道性能的影响,探讨了现行弹质量分级标准对提高弹丸密集度、火炮射击效率、弹药勤务保障能力的影响。结合现代炮弹生产装备与工艺的发展趋势,提出了减少现行弹质量分级级数、压缩弹丸质量偏差范围的建议。