为满足多约束条件下组合动力飞行器上升过程对制导自适应能力的需求,研究了采用滚动伪谱优化的闭路制导方法。在双层滚动优化框架下进行制导,运用分段伪谱法在线实时计算制导指令,根据状态反馈实现指令的快速迭代更新; 引入了网格更新策略改进算法效率,基于实时偏差在线自适应调整制导周期。仿真结果表明,所提制导方法具有可行性,能有效抑制模型参数的不确定性及外界干扰的影响,制导精度满足任务需求; 单次指令解算时间在百毫秒量级,该方法具备一定的工程应用价值。

为了研究旋转稳定弹的自转角加速度特性,利用外弹道学中描述旋转稳定弹自转动力学的简化微分方程,结合质点弹道方程,推导出自转角加速度一阶导数及二阶导数表达式。通过理论分析及对几种典型旋转稳定弹的计算,结果表明,在弹道降弧段上,当旋转稳定弹的结构参数、气动参数及飞行状态参数满足一定关系时,存在自转角加速度一阶导数为零的条件,此时自转角加速度在弹道降弧段上出现极值点; 对于绝大多数情形,当弹丸的射角较小时(如小于20°),自转角加速度在降弧段上不存在极值点。

为获取水下并联发射超空泡射弹的弹道特性,基于重叠网格技术、RANS方程、Schnerr-Sauer空化模型和k-ε湍流模型,对超空泡射弹的水下同步发射与异步发射工况进行了多工况数值模拟研究。通过设置不同的弹丸间距与发射时间间隔,对比分析了并联超空泡射弹水下运动的流场特性与弹道特性。研究结果表明:对于水下同步发射,弹丸内侧空泡发展受到抑制,弹丸在不对称的水动力作用下向外侧偏转,当弹丸间距增加至4D以上时,两弹丸之间几乎无干扰; 对于异步发射的先发弹丸,随着发射时间间隔的增加,其弹道偏移量先增大后减小; 对于异步发射的后发弹丸,随着发射时间间隔的增加,侧空泡扩张的抑制作用逐渐解除,并有过度膨胀的趋势,时间间隔越大,速度衰减越慢。

针对某尾翼稳定火箭弹姿态估计的问题,以姿态角、位置、速度参数作为状态变量,建立了火箭弹运动参数的捷联惯性解算模型,将GPS的位置和速度测量值作为输出变量,构成组合滤波模型,并分别采用扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波方法进行滤波处理。仿真结果表明,扩展卡尔曼滤波在滚转速率变化较快、模型非线性较强的情况下不能达到预期的滤波效果,而基于无迹卡尔曼滤波的组合滤波方法更为有效,相比扩展卡尔曼滤波,其俯仰、偏航角估计误差均方根降低了一半,滚转角估计误差均方根降低了三分之二,满足姿态估计的需求。

为研究身管烧蚀磨损对弹体发射强度的影响规律,建立了烧蚀磨损身管与弹丸的弹炮耦合有限元模型和内弹道数学模型。采用内弹道方程与弹炮耦合有限元模型双向求解算法对内弹道方程进行求解,试验与算例的对比结果验证了模型的正确性。以弹丸挤进时刻、最大膛压时刻、弹体与身管碰撞时刻的临界状态应力为表征量,分析了弹体发射强度随身管烧蚀磨损量的变化规律。结果表明,严重磨损工况相对于正常身管工况,前2个临界状态应力值分别降低了19.4%、12.5%,第3个临界状态应力增大了149.2%。由此可知,随着烧蚀磨损量增大,弹丸挤进时刻、最大膛压时刻的临界状态应力对发射强度影响度在降低,而弹丸与身管碰撞临界状态应力成为影响弹体结构发射强度的主要因素。

为了实现弹托与弹丸在炮口处的快速分离,设计了一种平衡炮炮口阻拦装置,该装置采用了剪切螺栓和阻拦环的方式,有效避免弹托冲击对阻拦装置和炮管造成的损坏。应用该装置进行了320 mm平衡炮低速加载试验,并利用Autodyn软件对脱壳过程进行数值模拟研究。数值模拟与试验结果的对比分析,验证了数值模拟的准确性。探讨了该炮口阻拦装置用于弹托分离试验的可行性,采用该软件模拟了不同初始速度下炮口阻拦装置的工作性能。结果表明:当速度为100～150 m/s时,弹托分离效果较好; 该炮口阻拦装置设计合理,弹托分离效果理想; 可根据初速设计合理的阻拦装置,为相关研究提供理论参考。

为研究真实情形下斜劈诱导的斜爆轰波的驻定窗口及影响因素,利用考虑平衡气体效应的极曲线关系式,分析了氢气-空气混合物的斜爆轰波的驻定窗口。与已有的一步反应的驻定窗口对比,讨论了平衡气体效应带来的特性; 调整来流混合物的马赫数、压力、温度和当量比,分析了不同参数对驻定窗口的影响。研究结果表明,在氢气-空气混合物中采用9种平衡气体组分时,随着来流马赫数和温度的增加、混合物当量比的减少,形成的驻定窗口明显增加,斜爆轰波更容易驻定; 初压对斜爆轰波的驻定影响较小。

为研究火炮烧蚀磨损对内弹道性能的影响,基于烧蚀磨损理论,建立了经典内弹道模型和火炮烧蚀模型。针对某火炮的试验结果进行了数值模拟,获得的不同磨损量条件下启动压力变化规律与实测结果相吻合。在此基础上,数值分析了多参数变化对火炮内弹道性能的影响。结果表明:身管烧蚀磨损会导致弹丸速度和火炮膛压减小; 增大装药量后,随着身管磨损量增大炮口相对初速减退量减小; 增大火药力后,随着磨损加剧炮口相对初速减退量增大; 全装药条件下,射弹数达到约420发时,炮口初速相比于新炮下降了7.53%,达到身管报废标准,此时身管报废。

为研究子母弹中心炸管式抛撒在中心点传火方式下流场的时空演化规律,进行了中心炸管式抛撒定容阶段的试验研究,建立了点传火管和中心管内的双二维轴对称两相流模型,对抛撒系统进行了网格划分。用二维CE/SE数值算法编写了内弹道程序,将仿真结果与试验结果进行对比,分析了流场压力分布特性和流场速度变化特性,验证了数理模型的有效性。结果分析表明,采用二维两相流模型对点传火过程进行计算较一维模型更加全面,对点传火管和中心管两相流流场时空变化特性描述更加准确,该研究结果对中心炸管式抛撒定容阶段的作用机理研究具有参考价值。

为满足2种不同型号导弹基于同一发射装置实现共架发射的设计需求,从机械适配性的角度提出了共架发射装置机械结构的设计方案; 构建了主要结构件的物理模型,并开展装配体干涉检查; 采用有限元分析方法,研究了3种典型混装方案下全车载荷的分布情况; 选取最为恶劣的负载方案,对比分析了起落架水平与竖直2种工况时车架与副车架的等效应力分布与结构变形情况。结果表明:3种混装方案下的载荷分布情况差别不大,各车轴所承受负载大致按照5:4:5:6的比例分布; 副车架主体结构与耳轴装置连接处是车体应力最集中、变形量最大的区域,其结构强度满足设计要求。本文提出的设计思路与仿真结果可为同类型产品的设计提供一定的借鉴与参考。

为研究侵爆战斗部对钢筋混凝土靶的侵彻能力,采用试验与数值仿真相结合的方法,开展了战斗部高速侵彻钢筋混凝土靶板的研究。通过对战斗部穿透靶板后剩余速度的对比,验证了有限元模型的正确性,并研究了命中位置对战斗部侵彻能力的影响,提出一种计算侵爆战斗部对钢筋混凝土靶侵彻能力的方法。研究结果表明:战斗部与钢筋有接触时的侵彻能力明显下降,新方法基于战斗部对靶板3个典型位置侵彻的极限穿透速度得到战斗部平均极限穿透速度,更为全面地考虑了命中位置和弹靶尺寸的影响。

为研究纯钼材料对爆炸成型弹丸(EFP)和聚能杆式射流(JPC)成型的影响,基于EFP和JPC双模战斗部结构,设计紫铜药型罩、等体积钼药型罩和等质量钼药型罩3种研究方案,采用LS-DYNA软件和X光摄影试验对比研究钼毁伤元和铜毁伤元。结果表明:钼材料在JPC毁伤元成型过程中表现出良好的塑性性能; 与铜罩相比,等质量钼JPC毁伤元速度提高10.5%,侵彻孔径提高1倍,钼EFP毁伤元密实度小,动能提高2.7%～5.9%,侵彻孔径提高9.2%,侵彻深度降低20%。

为了研究激光选区熔化(SLM)成型15-5PH不锈钢的动态力学性能,对SLM成型15-5PH不锈钢试件开展动、静态压缩力学试验,获取力学性能参数,拟合其动态本构模型,并与锻造15-5PH不锈钢进行对比。结果表明:SLM和锻造15-5PH不锈钢准静态屈服强度分别为1 418 MPa和1 295 MPa,SLM成型15-5PH不锈钢提高了9.5%,并且加工硬化更显著; SLM成型工艺有助于15-5PH钢抵抗温度软化效应,提高动态屈服强度峰值; SLM技术应用于15-5PH不锈钢具备可行性。

为解决野外破片战斗部爆破试验中大型靶板毁伤面积人工测量低效且工作量巨大的问题,提出基于逆透视变换图像矫正、均值-中值组合滤波的2D-Otsu鲁棒阈值分割、膨胀腐蚀开闭运算、邻域搜索生长法等图像处理技术,进行靶板毁伤区识别,实现了破片靶图高精度面积测量,克服了野外靶图取景畸变、锈蚀、金属纹理等影响测量精度问题。该方法针对野外金属破片靶的孔洞数量统计及面积测量具有稳定易用易部署的优势。

为了解决战场上开挖单人掩体费时费力的问题,研究采用分段装药、延期爆破的方法快速构筑单人掩体,采用AUTODYN软件,建立不同延期时间、上部装药量、下部装药量共9个模型,通过对比计算得到的爆破漏斗尺寸,发现爆破漏斗的尺寸和上、下部装药量呈正相关,爆破漏斗的尺寸和延期时间有关,延期时间50 ms爆破时产生的炸坑体积最大,并通过爆破实验的方式对爆破模型模拟的情况进行了验证,实验得到的数据和计算得到数据较为符合,通过调整隔爆层长度发现两段装药隔爆长度在50 cm以下时可能会发生殉爆现象。