为了提高对低空目标的跟踪精度,需将弹目视线角约束在布儒斯特角附近,以降低多径干扰对雷达导引头探测精度的影响。基于全局滑模控制的原理,设计出一种全局滑模制导律。该制导律可确保在跟踪拦截低空目标的过程中,将弹目视线角约束在布儒斯特角附近。该制导律由于使系统省去了趋近滑模面运动的过程,从而使系统具有全程鲁棒性。针对导弹自动驾驶仪执行制导指令时可能发生的故障问题,设计了一种虚拟指令作为故障扰动的补偿,结合所设计的虚拟指令,设计出一种复合全局滑模制导律。仿真结果表明,该复合制导律可大大提高系统的抗干扰性能,维持系统的稳定性。

为提高小型巡飞弹气动参数估计的收敛速度和稳定性,提出了一种保证预设性能的气动阻力系数自适应估计方法。根据建立的巡飞弹动力学模型,获得线性参数化速度方程。针对以往参数估计方法中估计误差收敛过程的瞬态性能无法直接设计的问题,通过将预设性能函数引入到自适应参数估计,并对气动阻力系数估计误差进行误差变换,设计出保证参数估计瞬态性能的自适应气动阻力系数估计方法。仿真结果表明,与传统自适应参数估计相比,该方法能在较短时间内实现参数估计的收敛,保证了气动参数的瞬态性能和稳态性能,证明了该方法的有效性。

为有效提高空战协同作战效能,对采用协同制导后的空战决策问题进行了研究,给出了协同制导平台的选择方法,设计了一种协同制导交接方案。以敌方毁伤最大以及我方损失最小作为目标函数,建立了考虑协同制导的空战决策模型。为提高模型的求解效率,提出一种分布估计免疫算法对该问题进行求解。在免疫算法中引入了基于边缘乘积模块(marginal product model,MPM)的交叉和变异方式,防止优良模式的破坏,利用适应度共享机制增加种群多样性。对提出的空战决策模型,利用分布估计免疫算法进行求解。经仿真对比分析表明,采用协同制导后,作战效能明显提高,分布估计免疫算法求解速度也优于其他相关方法,证明了算法和模型的正确性。

为提高单炮多发同时弹着的弹道计算精度,基于标准条件下二维质点弹道方程和真空二维弹道斜射程公式,提出了一种局部插值算法。通过缩小插值区间加密插值序列提高弹道计算精度,研究了该局部插值算法的MPI并行实现方法,该方法可有效减少弹道计算消耗的时间,保证计算耗时满足战场要求。给出了并行计算的任务分配方案和并行效率的计算。并行效率与计算核心数量的关系表明弹道计算机的CPU核心数存在一个上限。以5～15 km射程的同时弹着弹道计算为例,验证了该文算法的有效性和高效性。

为了分析磁传感器的测量误差,建立了弹体静磁屏蔽效应数学模型,利用ANSYS软件进行弹体三维磁场仿真,分析了弹体相对磁导率、壁厚等自身因素对磁屏蔽系数的影响,仿真结果与理论计算结果一致。仿真研究并拟合出弹体磁屏蔽系数与弹体姿态角之间的关系。结果表明,当弹轴与磁场方向平行时,磁屏蔽系数最小,随着夹角的增大,磁屏蔽系数增大,当弹轴与磁场方向垂直时,磁屏蔽系数最大。建立了磁屏蔽椭球模型,提出直接获取软磁误差矩阵的方法,为磁传感器的误差校正提供了理论基础; 给出了利用磁屏蔽椭球模型直接解算弹体相对于地磁矢量姿态角的方法,为磁传感器在弹上的应用提供了理论基础。

为研究自适应修正电子时间引信空炸与弹道炸的判定问题,根据引信定位模式的一般准则,通过分析2种发火模式的机理,以二项分布可靠度置信下限来确定随机散布的参数与弹道炸的距离上限; 利用引信作用距离的概率分布特性,结合累积分布函数,计算引信空炸与弹道炸的边界值。在预定炸点为400 m,空炸误差为±8 m,空炸作用率为80%的情况下,计算得到的引信空炸与弹道炸的分界点约在371 m处。研究方法为其他引信空炸与弹道炸的判定问题提供了理论基础,为军方与制造方对引信性能的检验提供了参考。

以含水室的燃气-蒸汽弹射动力装置为研究对象,采用Mixture两相流模型、k-ε湍流模型和域动分层动网格技术,研究了不同喷水孔数量对燃气-蒸汽弹射内弹道的影响。研究表明:随着喷水孔数量的增加,燃气进入弯管和发射筒内阻力逐渐增大,弹射装置内冷却水消耗完的时间逐渐缩短,弹射过程中的最大压力峰值逐渐降低。同时,喷水孔的数量对0.1～0.4 s时间内的发射筒内的温度影响较大,对0.55 s以后发射筒内的温度影响较小。喷水孔数量的增加引起发射筒内混合气体动能的降低,导致导弹的出筒时间延长和导弹的出筒速度降低。研究结果为燃气-蒸汽弹射喷水方案设计提供了理论依据。

针对埋头弹药内弹道性能优化问题,将改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)应用于内弹道数学模型,优化装填参数以提高埋头弹内弹道性能。建立一维两相流模型模拟弹丸膛内运动过程,在此基础上采用NSGA-Ⅱ遗传算法,以弹丸炮口速度和弹道效率为优化目标,在给定最大膛压约束条件下对内弹道性能进行优化。优化结果表明弹道效率基本保持不变的同时炮口速度有所提高。为验证优化结果的适应性及有效性,采用优化后的装填参数在埋头弹火炮上进行了射击实验,结果表明弹丸炮口速度比优化前提高1.056%,在已达到内弹道设计指标前提下使初速进一步提高12.37 m/s。

针对自动步枪在冷热枪状态下的差异,为揭示冷热偏机理和提高射击精度,以某典型小口径自动步枪为研究对象,基于热固耦合的研究方法,计算了镀Cr层但忽略膛线的某典型小口径自动步枪枪管系统在连续热冲击及膛压下的瞬态温度及变形,分析了其温度场和沿径向的位移场变化规律,仿真计算结果获得了试验数据的验证。研究表明:连发发射时内膛薄层各点的温度梯度将引起高频急剧变化的热应力; 热载荷是影响残余位移的主要因素; 枪管系统前几发弹峰值位移主要受脉冲位移影响,随着射弹量增加峰值位移主要受残余位移影响; 随着射弹量增加,热枪状态下枪管系统变形明显大于冷枪状态下变形; 热载荷是影响枪管系统变形的主要原因,膛压对枪管系统产生了位移脉冲,不影响残余位移。残余位移的增加量随射弹量呈减小趋势。

针对岩石介质封闭内爆问题,建立了球形装药爆炸破坏区域预测模型。基于岩体的弹性—裂纹—粉碎破坏模式,粉碎区采用Hoek-Brown准则,并结合爆炸前后爆生气体的绝热关系,得到了岩石介质的爆腔尺寸、粉碎区尺寸和裂纹区尺寸。与文献试验结果及已有相关准静态理论进行比较。结果表明:该文模型爆腔尺寸的预测结果与试验结果吻合良好,误差范围为-5.8%～5.5%,而基于Mohr-Coulomb准则的准静态模型计算结果均偏小,且柱形爆腔公式不适用于球形爆腔; Hoek-Brown准则中无量纲经验系数m值对爆腔尺寸有一定影响,m增大,爆腔尺寸减小; 粉碎区尺寸和裂纹区尺寸预测结果受m值影响较小,且比较合理。

为了研究异型弹运动姿态控制对其运动的稳定性和侵彻效果的影响,采用LS-DYNA3D软件,对不同着角及攻角异型弹弹道轨迹的趋势和规律问题进行了数值模拟计算。结果表明:侵彻着角越大,对异型弹的姿态俯仰角的影响越小; 大攻角对异型弹姿态俯仰角的影响远大于侵彻着角变化对姿态俯仰角的影响,且攻角的方向起着重要作用; 存在着角和攻角最佳组合,使得侵彻效果最好。研究结果为弹道控制设计提供依据和借鉴。

为了评估典型坦克在破甲弹作用下的易损性,通过分析某典型坦克外部结构与内部要害部件的功能,建立了坦克的毁伤树图,并对该坦克进行了计算机描述; 在聚能射流侵彻与坦克毁伤原理的基础上,建立了坦克关键部件的毁伤准则及坦克在破甲弹作用下的易损性评估模型。计算了破甲弹垂直攻击典型坦克前面和左侧面条件下坦克的易损性。计算结果表明:坦克前面的M级平均毁伤概率(0.16)比F级(0.06)和K级(0.02)大,坦克左侧面的F级平均毁伤概率(0.22)比M级(0.21)和K级(0.14)大,坦克左侧面各个毁伤级别对应的易损面积和平均毁伤概率均比前面大。

空泡形态研究是超空泡航行体设计与应用的关键所在。对于充分发展的空化,将Logvinovich空泡截面独立膨胀原理与NURBS方法结合,通过航行体和空泡面的NURBS曲面建模和求交运算得到航行体的三维空泡形态,分别就轴对称型定常空泡、小攻角引起的非轴对称型定常空泡以及航行体竖直向上运动过程中的非定常空泡进行了模拟。结果表明:该方法可用于计算具有复杂外形航行体的三维空泡形态,并且可视化程度高,具有一定的工程应用参考价值。

对来袭鱼雷运动要素的掌握是水面舰艇制定鱼雷防御策略的重要依据。针对鱼雷防御态势特征,选择以两方位一距离一速度模型为基础展开鱼雷运动要素的解算原理分析。以水面舰艇拖曳式鱼雷报警声纳提供短暂的时间-方位序列为依据,利用两方位一距离一速度模型给出仿真说明,并与三方位一距离模型、一距离方位平差模型的仿真结果进行比较。对两方位一距离一速度模型的仿真结果进行数据拟合,并依据收敛率标准分析了鱼雷弹道散布的求解规律。研究证实,两方位一距离一速度法能够在一定程度上满足水面舰艇鱼雷防御的需要。

航行器水下筒式发射过程中,水面分离是一个重要环节,影响到分离后航行器的飞行姿态。针对此问题,分析了水面分离时浮筒和航行器的受力情况,通过切片法建立航行器水面分离过程中的水动力模型,并利用MATLAB建立了浮筒水面分离的有效仿真模型,展示了分离过程中航行器参数的变化历程。通过与水池试验得到的结果比对,验证了仿真模型及方法的可靠性。仿真结果表明,在水面分离过程中航行器和浮筒的俯仰角速度绝对值逐渐减小。

针对时间反转MIMO雷达多重信号分类算法计算量庞大的问题,提出一种基于降维子空间旋转变换技术的多目标波达角估计算法。首先,通过采用降维思想对TR MIMO回波信号进行降维处理,来减少计算量; 然后,为构造旋转变换矩阵,对噪声子空间按行分块并取其逆矩阵; 最后,利用该逆矩阵对噪声子空间矩阵旋转变换,得到低维子空间矩阵,对比导向矢量构造谱函数估计目标的角度信息。相对于传统的MUSIC算法,该算法降低了噪声子空间的维度,大大降低了计算量,而且具有更高的目标分辨率。