武器系统生存能力的稳定性直接影响到作战效能。在设定外部打击环境为调制外场的基础上,将武器系统的生存能力看成是时间的函数,建立了在一定初始条件下随着调制外场变化而改变的武器系统生存能力稳定性的数学模型,分析了如何相对初始生存能力保持其稳定的相应条件,即通过调节调制外场反作用特征量n和a来获得稳定的生存能力。因此,可以通过降低环境因素对武器系统的影响和改善武器系统自身的环境适应能力以提高武器系统生存能力,从而为武器系统研制以及提高武器系统作战能力提供理论指导。

针对具有射击门体制的坦克武器系统,探讨了射击门对首发弹药落点分布的影响。在将样本空间网格化的基础上,利用超速、欠速概率转移阵,导出了击发诸元误差在射击门内的近似分布,并由此获得首发弹药在迎弹面上的落点分布。通过数值仿真分析,演绎了炮控误差的相关系数对击发诸元误差分布及首发弹药落点分布的影响,得出了相关系数越小,首发弹药落点分布越往散布中心集中的结论。

火炮初速随身管内膛尺寸的变化而变化。根据某火炮不同身管的径向磨损量和初速之间的关系,分别利用多特征面静态测径法和定点静态测径法建立了该火炮初速预估模型,并将这两种预估初速与试验结果进行了比较。结果表明,用多特征面静态测径法建立的火炮初速预估模型能达到较为满意的精度。

研究了火炮身管窥膛检测中疵病的识别和判定过程。以系统模型的形式表示了人眼视觉系统、软件计算与分析系统的图像分析过程,从输入条件和输出结论分析了它们的功能、局限及特点。根据输入条件和需要完成的任务建立了机器视觉系统的概念模型;从炮膛理想图像的近似描述和对疵病的定义两方面阐述了该系统图像分析过程实现的基础;从图像信息转换的角度构建了模型传递函数的框架。研究表明,通过讨论现有两种系统的图像分析过程,明确了引入机器视觉需要解决的问题;以系统模型为基础模型研究图像分析过程,为基于机器视觉的炮膛疵病检测奠定了理论基础。

基于坦克炮控系统水平和高低向执行机构的改进,介绍了永磁同步电机(PMSM)的数学模型和控制机理。为克服永磁同步电机调速系统突加负载和负载扰动时控制性能差的问题,提出用自抗扰控制技术设计PMSM控制方案。将负载突变和负载扰动归为未知扰动,用自抗扰控制器进行估计、补偿和控制。结果表明,该方法能够提高系统的响应速度,减小稳态误差且无超调,能有效地抑制负载变化对转速的影响。和原执行机构相比,缩短了系统反应时间,改善了炮控系统的控制品质。

转膛体作间歇的转停运动,在其停留位置上,为了实现准确可靠的定位,设置有双向卡锁装置。从动力学的角度对转膛体的定位过程进行了详细分析,得出了定位过程中撞击冲量和撞击能量损失的变化规律,提出了结构设计中应采取的措施,以减小转膛体定位过程中的撞击,进而提高其定位精度。

捷联惯导姿态算法是捷联惯导算法的核心。针对陀螺输出为角增量的情况,设计了旋转矢量多子样算法,并基于圆锥运动环境下,提出了旋转矢量多子样算法。以工程应用为背景,选择采样时间固定不变,在3种圆锥运动情况下,对多子样旋转矢量优化算法进行了仿真比较。结果表明,在满足实时性和精度要求方面,三子样旋转矢量优化算法为有效的工程应用方法。

使用机械陀螺、工控计算机及模拟图像的某型现役高炮瞄具训练仪在性能、稳定性及维护保障等诸方面已不能满足部队训练需要。利用嵌入式计算机系统替代工控计算机和模拟电路控制箱对航路产生和瞄准跟踪进行控制;运用计算机仿真技术模拟机械陀螺的工作特性,将原陀螺瞄具与航路显示器合二为一改为数字化训练仪瞄准头,并自动评判成绩;利用编码器采集模拟火炮转台的方位、高低参量并经A/D转换后输送计算机解算;采用硬盘替代录像机存储训练结果的图像。数字化改进后的训练仪简化了结构,拓宽了训练功能,提高了训练效率,达到了改进目的。

火炮身管内膛表面缺陷修复是提高火炮弹道学性能的一种重要技术手段。在线修复方法利用火炮射击时产生的高温高压环境气化或离化修复剂材料,在身管内膛表面形成一层耐磨和耐烧蚀的陶瓷涂层,能有效地修复内膛表面缺陷。试验证明,在线修复可以使火炮内膛表面变得光滑平整,膛径增大趋势大大减缓。该方法是一种简便易行的并适用于所有火炮身管内膛表面缺陷修复的在线修复方法。

以多体动力学理论和虚拟样机技术为基础,在ADAMS环境下建立了协调器的动力学仿真模型,并以小平衡机气体压力为验证指标对模型进行了实验验证。针对协调器的协调困难故障建立了以平衡机气体初始压力和液体容积为故障因素的故障仿真模型,并通过仿真分析得到了两种故障因素的影响规律和取值阈,能够为协调器的维修保障提供理论参考。

针对先验知识未知的情况,且多传感器间存在时空相关性以及小样本等问题,提出了一种基于偏最小二乘法的多传感器信息融合模型。首先对数据进行标准化处理,消除数据间的量纲效应;然后进行成分的提取,并通过交叉验证确定提取的成分数;最后通过还原运算得到信息融合方程。通过模型验证和某型地炮复进机压强信息融合相关性能系数分析,基于偏最小二乘法的多传感器信息融合能够对多传感器进行相关性分析,剔除重叠和无意义的信息,并且融合精度优于基于支持度和相对距离的多传感器信息融合,也为多传感器信息融合及提高融合性能提供了一种新途径。

传统电液式炮控系统采用的是模拟控制,且存在液压油泄漏可能引起的二次爆炸。数字交流全电炮控系统的高低向分系统用交流永磁同步电动机及滚珠丝杠代替了原有的电液伺服系统,方位向分系统用交流永磁同步电动机系统代替了原有的电机放大机——直流电动机调速系统,两个分系统均以TMS320F2808为主控CPU,实现了全数字化控制。在MATLAB/SIMULINK中建立了数字交流全电炮控系统的仿真模型,并将仿真结果与实验结果进行了比较。该方案使坦克炮控系统的整体性能得到显著提高。

转膛炮依靠转膛体中的衬套前后移动与身管衬套尾端密闭火药气体,因此衬套与转膛体衬套孔之间应有一定径向间隙。该间隙部位的火药气体压力大小直接影响到转膛体的强度较核,从间隙流出的部分火药气体还影响到弹丸的初速。根据某转膛炮转膛体与衬套的实测径向间隙,应用气体动力学方程,分别计算出了衬套各个环形槽部位的火药气体压力,并对该部位的转膛体强度进行了校核,其应变计算值与射击时测试的应变值比较接近,为转膛体结构设计提供了理论依据。

为了研究脉冲爆轰发动机冲击波外流场的变化特点,利用CE/SE方法,推导了二维粘性湍流模型的网格数学离散模型。计算中采用标准kε两方程湍流模型,对于近壁区域采用低雷诺数模型进行处理。模拟得到了脉冲爆轰发动机外流场中压力、温度的变化规律。模拟结果表明,脉冲爆轰发动机外流场中存在相互作用的旋涡、激波和膨胀波。模拟结果对脉冲爆轰发动机外流场特性研究具有重要的参考价值。

为了实现某交流伺服系统的高精度位置跟踪控制,针对实际系统中所存在的转动惯量和负载力矩变化大、冲击力矩强等各种不确定因素,结合变结构控制、自适应控制及模糊控制的优点,本文提出了一种模糊滑模控制策略。其中滑模控制用来克服系统模型不精确和扰动的影响,同时为了抑制抖振,利用模糊系统在线调整控制增益,实时估计系统不确定量的边界值以削弱抖动。仿真结果表明,该控制器鲁棒性强,而且消除了超调,具有较好的动态性能及稳态精度,满足了性能指标的要求。

针对某型炮射导弹武器系统的训练任务和系统需求的特点,在研究了全部训练的控制过程、训练成绩评估、虚拟人控制和对联邦成员间交互的实时处理等技术的基础上,构建了多Agent体系。重点研究了基于二维交互设备的三维虚拟实体的拾取方法,建立了基于鼠标和键盘的人机交互Agent(HCIA),同时详细地给出了程序的设计与实现过程。

后效期火药气体流空规律与火药气体作用系数历来是各国兵器研究的重要内容。现有的火药气体作用系数的计算方法多是在准定常假设下得到的理论或经验关系式,适应面较窄,误差普遍偏高。本文采用AUSM+格式和双时间步法,对65式37mm高炮(无膛口装置和带不同锥形消焰器)共5个算例的火药气体流空过程进行了数值模拟,根据数值结果计算了火药气体作用系数,与实验值相比,误差能控制在6%以内,符合较好。为进一步研究复杂条件下的后效期流空规律打下了基础。

综合航电系统的故障存在着多样性和复杂性,为此,分析了航电系统故障检测方式及故障原因,以相关资料、领域专家及维护人员的经验为知识来源构建了诊断数据库,建立了基于1553B总线的故障诊断专家系统,实现了航电系统的在线故障检测与离线故障诊断,使航电系统在BIT与ATE检测方法的基础上增加了一种更有效的故障诊断方式。专家系统运用案例推理、规则推理、模糊推理与PHM算法相结合的综合推理方式进行故障快速定位及故障预测,提出视情维修建议,提高了航电系统的故障检测率及故障诊断效率。

针对毁歼概率是决定系统效能的重要因素,采用辛普森数值积分法,应用MATLAB软件构建高炮武器系统着发毁歼概率模型。通过改变初速和弹道系数,分析弹道诸元、偏差量诸元、目标命中区域面积、强相关误差变化情况与毁歼概率关系,得出提高初速或减小弹道系数,有利于提高毁歼概率。

结合炮兵对集群目标射击中遇到的实际情况,根据炮兵射击的特点,应用高等数学和军事运筹学以及炮兵射击学模型,建立了利用有限的发射弹数获取最大的目标毁伤程度的对集群目标射击的最优火力分配模型。模型根据弹群覆盖目标的概率确定射击正面,再求得使毁伤程度达到最大值时的射击纵深,从而最终确定了最大毁伤程度的具体值。通过实例验证,方案能够为战斗准备阶段的炮兵火力分配提供科学的依据,从而能够为炮兵部队遂行对集群目标射击任务时的兵力和火力的运用提供了有益的参考数据。

火炮各项性能的发挥与其自身的各种参数息息相关,为了解决火炮测试中的多参数测量、测点分散及弱信号干扰等问题,提出了一种分布式数据采集系统。该系统由多个以LPC2119微控制器为核心的采集模块所组成,通过串行CAN总线方式实现对各采集模块数据的综合采集和控制处理。根据火炮参数不同位置的测试需要,可以将采集模块安装在火炮的各测试点,其数量随着测试参数数量的变化而改变。实验证明,该数据采集系统体积小、易分布、微功耗、运行稳定、性能可靠,具有很好的应用前景。

针对复杂装备故障发生具有层次性、相关性和综合性特征,采用基于案例推理技术研究了故障诊断系统,能为复杂装备有效地提供基于知识的维修决策支持。研究的故障诊断系统采用了K近邻法计算案例间的相似度,将层次聚类方法应用到案例库的组织中,采用三级案例组织和索引结构,提高了检索效率。同时设计了人机交互的故障诊断流程。以自行火炮发动机的燃油系统和冷却系统为实例进行了案例推理,验证了推理策略的有效性。

灰色系统理论自提出以来便迅速得到推广并应用于各个领域,它是在少数据不确定性背景下处理数据、分析现象、建立模型并预测事物发展趋势。介绍了灰色系统理论在故障预测方面的应用,通过一个典型应用的实例阐述了灰色预测模型的理论基础及建模方法,并在此基础上分析了灰色预测理论在故障预测技术领域的应用现状及各自优势和缺陷。对其在装备系统故障预测技术领域的应用趋势进行了探讨。

以美国陆军动力学会议、美国火炮与弹药年会和国际弹道会议资料为背景,论述了国外火炮动力学研究发展动态和发展特点,以及国外在火炮设计方法、建模与仿真、软件开发和实验研究方面取得的成就。火炮动力学在国外得到普遍重视,以美国开展得最活跃,成绩最显著,他们提出了许多火炮动力学分析、动态设计和动态计算的新理论、新方法。在美国已举办过的火炮动力学学术会议中,每次会议都有大量的论文发表,他们努力把新的火炮动力学研究成果尽快用于火炮研制以提高其关键性能。