提高间瞄面射击火炮的射击精度,特别是首发射击精度,对现代化战争的炮兵作战具有重要意义。首先计算了间瞄火炮射击面目标的散布特性和命中率,分析了目标面积、射程、散布水平和命中率的关系。然后分析影响首发命中率的因素,包括提高火控弹道模型所包含的各种参数的测量与预测精度;严格控制有影响无量化的诸因素;尽可能减小和不断量化火控弹道模型中没考虑的因素等3个方面。给出了间瞄火炮对面目标射击精度试验的检验界。讨论了首发命中精度试验的数据处理与分析方法。提出了目前技术条件下提高首发命中精度的措施。

机动生存能力是影响弹炮结合防空武器系统的作战效能取得最大化的基础环节。在详细分析弹炮结合防空武器系统指标体系结构模型的基础上,建立了影响其机动生存能力优劣的指标评价体系。在此基础上结合模糊数学综合评判和层次分析法理论建立了弹炮结合防空武器系统机动生存能力评估模型。根据实际工程应用经验数据,对弹炮结合防空武器系统的机动生存能力进行了实例计算,分析结果表明该模型能为机动生存能力的评价提供有效的依据。

火炮身管质量评估方法应具有科学性、适用性和可操作性的基本要求,目前使用的各种火炮身管质量状况评估方法均存在缺陷。火炮内膛定点径向磨损量法能够准确的表征火炮全寿命过程弹道诸元和寿命诸元,但在实际使用过程中存在测量误差大的问题。从火炮身管内膛定点径向磨损量法的原理入手,分析了引起火炮身管寿命终止的内膛参数的变化规律,结合火炮内膛测量方式的特点,用测量阳线坡膛段斜率的方式代替测量定点径向磨损量。通过对火炮内膛定点径向磨损量法加以改进后,提出了一种更加准确和便于应用的身管质量状况评估方法,即阳线坡膛段锥度法。该方法应用在部分火炮上效果良好。

机载外挂物管理系统智能化发展要求系统智能决策能力,由于决策因素的复杂性,一般决策方法在应用中受到较大限制。依据Pawlak提出的粗糙集理论,建立了完备信息系统多因素粗糙集决策方法,并在原有粗糙集属性约简和规则获取算法的基础上,设计完备信息系统下最小规则约简集获取算法。以某型飞机为例,运用该粗糙集决策方法建模实现了机载武器智能选择,证明了该方法在外挂物管理系统智能决策实现的有效性。

针对火炮综合质量评估标准不统一,难以从同一水平上衡量火炮之间的质量状况,以某加农榴弹炮为例,基于模糊综合评判法建立火炮综合质量评价模型,提取炮口动量金属利用系数、炮口初始扰动、火炮跳高、缓冲效率、平均复进速率和炮口动量示性系数作为其质量评价指标;运用层次分析法,综合专家经验构造了判断矩阵,并用和积法计算判断矩阵,得到了各指标的相对权重;通过升半梯形和降半梯形分布函数简化了评判模型中的隶属函数,利用加权求和运算算子得到了火炮的质量状态。

火炮的射击力矩会引起车体姿态的变化,从而影响火炮的射击精度。将粗糙集理论中的贪心算法和缺省规则获取算法应用到补偿模糊神经网络的输入模糊化和规则提取中,构成粗糙集模糊神经网络;利用此网络对受到射击力矩扰动影响的某方位向火炮伺服系统进行逆建模,并将学习得到的模型作为逆控制系统的控制器来消除扰动。仿真表明此方法能快速消除射击力矩对重定位的影响,新网络与原网络相比,在精简决策规则、缩短训练时间和提高误差精度等方面也都有显著改善。

某型高射机枪瞄准镜镜内分划不规律,应用分划刻制原理对其进行分析得出:镜内分划的分布受瞄准具固定位置影响,当瞄准镜光轴与枪膛轴线不在同一水平面时,镜内分划分布不规律。当瞄准镜光轴与枪膛轴线不在同一铅垂面内时,对武器射击精度有影响。对规正靶校枪武器,瞄准镜光轴偏离枪膛轴线方向,与射弹偏差方向相反;对距离为100m的校枪武器,瞄准镜光轴偏离枪膛轴线方向,与射弹偏差方向相同。因此,在武器设计时,应尽可能安排瞄准镜光轴与枪膛轴线一致,以使瞄准镜镜内分划趋于规律,减小错误装定分划的可能性,提高射击精度。

建立了一种层次结构的数据模型并将其应用于火炮虚拟现实系统中。为了继承已有的三维实体模型,减少复杂建模的工作量,根据三维实体模型和虚拟现实模型的特点,建立了双层次结构的火炮模型。整个火炮模型分两层,实体层模型用于火炮的结构设计与优化,多边形网格层模型用于满足视景仿真与虚拟场景中的交互性。在此基础上,完成了某自行火炮的发射动力学仿真,并使仿真结果在虚拟场景中得到体现。结果表明,整个数据模型不仅可以精确地表示火炮实体,还能够满足虚拟场景的实时可视化要求。

应用柔性多体动力学理论和ADAMS软件,以机枪为研究对象,把枪身以及自动机作为刚体,把对膛口响应影响较大的枪架和身管作为柔性体,进行连发射击的仿真计算。通过仿真,证明考虑柔体效应的刚柔耦合多体动力学模型,比刚体模型更贴近实际机枪发射的情况,而且克服了用有限元法求解膛口动态响应时无法考虑自动机在机匣中的相对移动对动态响应的影响,进一步提高了仿真精确度。

针对基于连杆机构的新型火箭发射平台驱动力矩优化问题,建立了该新型火箭发射平台动力学模型,利用ADAMS软件,进行了无平衡机和有平衡机情况下系统动力学仿真,通过对仿真结果进行分析,比较有平衡机和无平衡机两种情况下系统机构在运动状态的受力状况,并用参数化优化设计方法、以驱动力矩最小为目标,利用ADAMS软件对平衡机的参数进行了优化设计,显著降低了机构的驱动力矩。研究结果为进一步开展新型火箭发射平台研究提供了理论依据和设计基础。

为了获得火炮发射时自动机的动力学响应,对火炮自动机虚拟样机的建模和仿真进行了初步探讨和研究。在对某火炮自动机的结构组成和机构动作分析的基础上,应用ADAMS软件建立虚拟样机模型,利用点-线约束、实体-实体接触副模拟自动机主要构件间的接触和碰撞,基于有限元方法,建立有限元模型,手工划分网格保证质量,施加边界条件,近似计算接触和碰撞刚度,采用脚本仿真的方法对自动机机构动作进行了多体系统动力学分析,获得了令人满意的仿真结果。

分析了蜗杆蜗轮传动装置在逆传动时蜗杆的受力状况,依据对受力物体的平衡原理,建立了蜗杆自锁的条件,推出了相对摩擦角的表达式。研究结果表明,蜗杆蜗轮传动装置的自锁性能与蜗杆的几何参数、径向约束和轴向约束的性质以及蜗杆蜗轮齿面间的摩擦因数有关,其中蜗杆蜗轮齿面间的摩擦因数越大,对蜗杆的自锁越不利。通过进一步分析蜗杆蜗轮磨损对相对摩擦角的影响规律,提出了对蜗杆自锁有利的蜗杆蜗轮啮合间隙的调整方法。

针对将经典内弹道理论应用于超高射速武器时在理论和试验方面存在的一些不足,引出了研究超高射速武器强耦合的必要性。首先提出了超高射速武器强耦合时的物理模型,然后建立了内弹道数学模型,并运用Matlab7.1语言编程对内弹道过程进行了数值仿真,最后分析了射速变化(40000发/分和60000发/分)对内弹道性能的影响规律。

将离散滑模变结构控制应用于高炮伺服控制器的设计中。先将高炮伺服系统简化成惯性环节和积分环节的二阶数学模型,取伺服系统输出的跟踪角度和跟踪角速度作为系统的状态变量,以及滑模变结构控制的依据。由于滑模变结构控制需要系统的跟踪速度来进行控制,而精确的跟踪角速度值不易直接测量得到,故采用推广Kalman滤波对系统跟踪角度和跟踪角速度进行精确的估计。用估计量代替测量值来实施滑模变结构控制,从而保证系统的性能。仿真结果表明,该方法有效。

并行模数转换器与DSP连线复杂,而且需要设计相应的译码电路,所以在一定程度上引入了干扰和不稳定因素。根据高速定点DSP芯片TMS320VC5416多通道缓冲串口的特点和串行模数转换芯片AD7274的工作特性,提出了使用串行A/D转换器AD7274作为DSP系统的模拟量输入部分,解决了以往基于并行数据传输的A/D转换器接口复杂问题。在此基础上介绍了串行A/D与TMS320VC5416DSP的McBSP接口设计方法,给出具体的硬件设计和与之相关的软件设计。实现了接口电路简单化并且保证了系统工作的稳定性。

在瑞士GDF-003牵引高炮供弹机传动中,多棱形曲线类零件的应用有着显著的优越性能,而多棱形曲线的成形原理及其特性与此类零件的设计和加工密切相关。通过对简单内摆线模型的演化,将其动圆上的定点随动圆绕基圆圆心滚动,转换为椭圆上的动点绕椭圆旋转的同时椭圆绕基圆圆心按一定比例向反方向旋转。分析该点的运动轨迹,得到多棱形曲线的成形原理及其等宽特性,方便了此类零件的设计改进,同时也为新型加工方法提供了可靠的理论依据。

探讨了强制层间冷却身管的一种工程设计方法。以降低身管内表面温度为目标,利用一维稳态导热和受迫对流换热定律分析了火炮在射击状态下从身管内表面到层间冷却系统的传热过程,解决了身管冷却槽结构尺寸的设计问题;考虑冷却槽所受剪切应力及槽深对紧缩量的影响,基于筒紧身管的最大变形理论分析了强度设计的特殊性问题。以某30mm口径火炮为例,进行了冷却结构对身管内表面温度和强度的影响分析,其结果可为层间冷却身管的设计提供参考。

中心点火管传火孔射流场直接影响火炮膛内的点火传火过程。根据中心点火管的工作特征,建立了中心点火管传火孔射流场的二维/轴对称数学模型。依据CE/SE方法的思想,推导了二维CE/SE算法,用于数值计算传火孔射流场复杂波系的产生、演变与发展的过程。计算结果显示,传火孔射流场存在着激波和膨胀波等波系,并且相互影响,相互作用。计算表明,CE/SE方法具有很强的捕获强间断的能力。

随着车辆电子数字化进程的不断推进,车辆上精密电子设备越来越多,研究如何减少电磁因素造成的干扰,提高系统自身抗干扰能力,保证电子设备正常协同工作具有重要意义。在介绍电磁干扰及辐射和地线干扰机理的基础上,从印制电路板设计、地线设计、隔离技术和电源干扰抑制方面研究了硬件干扰抑制技术,从数字滤波、冗余、软件陷阱和软件测试技术方面对软件抗干扰机理进行了研究。在此基础上,完成了某车辆控制系统电磁兼容设计。经过台架和实车试验,验证了系统设计的正确性和可靠性。

在对火炮身管缺陷进行漏磁检测时,由于内表面膛线的存在,漏磁信号中除缺陷信号外,还有系统噪声和膛线干扰信号。说明了自适应滤波方法和小波变换分别去除膛线干扰信号和系统噪声的原理。在仿真试验中,自适应滤波的权值学习算法采用最小均方算法,自适应滤波的原始输入和参考输入信号来自于不同的两个传感器;选取二阶样条小波为小波函数,选用硬阈值函数和固定阈值的方法处理小波系数。结果表明,自适应滤波方法和小波变换很好地去除了膛线干扰信号和系统噪声,提取出了缺陷信号。

针对现有火炮身管内膛径向磨损量检测仪器所存在的测量精度低、自动化程度不高等问题,设计了一套利用激光非接触测量技术对身管内径实现精密测量的系统。系统基于光学无接触测量原理,运用光学测量的理论和方法,设计并讨论了在实际运用中存在的问题和解决方法。针对定位中心与身管轴线不重合引起的测量误差较大等问题,运用最小二乘等数学方法建立了系统的测径数学模型,并通过计算机仿真,不断修改模型使数学模型与实验结果之间的残差最小,从而选择出最佳的测径模型,有效地提高了测径精度。实验证明,该系统稳定可靠,自动化程度高,解决了身管内膛径向磨损量精确测量的难题。

高炮要准确射击必须准确确定和修正初速偏差量。火炮初速的改变、寿命的结束与身管的烧蚀和磨损直接相关。通过测量近百根身管的药室增长量和炮膛径向磨损量,挑选出13根径向磨损量有一定间隔的身管,并用这些身管进行了初速试验。试验反映出径向磨损量比药室增长量对初速有更强的相关性。根据不同身管的径向磨损量和初速之间的关系,建立了初速偏差量预测模型和身管剩余寿命公式,取得了初速偏差量误差小于1%的预测精度,该预测方法特别适合于部队作战使用。

为了控制整装式液体发射药火炮燃烧稳定性,针对稳燃渐扩型药室结构,利用高速摄影方法,观察了气体射流在液体中的扩展过程,测量了射流轴向扩展速率。在实验基础上,从湍浮力射流理论出发,建立了气体射流在液体中扩展的准稳态模型。借助四阶龙格-库塔法,编程模拟出气体射流的扩展特性。结果表明:随着轴向距离增加,射流中心线速率迅速递减,射流半宽度呈线性递增,计算值与实测值吻合较好。

火炮战损率是制定火炮战时维修方案的重要依据。做好火炮战损率的计算工作有利于装备技术指挥员对装备技术保障力量进行合理的部署和组织协调。火炮战损率的计算对于炮兵战时装备技术保障有重要的现实意义。通过战斗初始和过程中参战和遭敌毁伤火炮数和战斗单位数的获知,利用兰彻斯特(Lan-chester)方程第二线性定律建立了火炮战损率数学动态模型。结合实例分析和计算了红方炮兵群与蓝方炮兵营进行火力战时,红方炮兵群的火炮战损率和获胜情况。该模型能够估算出炮兵火力对抗中任一时刻的火炮战损率和获胜方的最终火炮战损率。