利用Maxwell2D瞬态求解器对电磁发射拦截系统发射装置的工作过程进行了有限元仿真,得到了发射装置工作过程中放电回路的电流、拦截弹受到的电磁力、速度以及位移等参数随时间变化的规律。结果表明:拦截弹的加速时间主要集中在放电电流的第1个半周期内,因此,可适当延长放电周期,以增加拦截弹的加速时间;拦截弹与发射线圈的距离是影响拦截弹发射速度的主要因素,为了提高发射效率,在设计发射装置时,应尽可能地减小发射线圈与拦截弹间绝缘材料的厚度。

为研究火炮高低机缓冲制动过程的作用规律,分析了缓冲制动装置结构和作用机理,建立了蜗杆轴向振动微分方程。在此基础上,建立了缓冲制动装置的虚拟样机模型。考虑冲击外力、传动间隙、碟形弹簧刚度、阻尼及预压力等因素,仿真得出蜗杆和摩擦片的振动响应曲线,与部件实际运动规律相吻合。重点考虑传动间隙对缓冲制动装置的影响,仿真结果表明,制动盘和摩擦片的间隙只有控制在一定范围内,缓冲制动装置才能充分发挥其效能。

某型坦克自动装弹机的旋转输弹机在运行过程中的振动特性会影响输弹的稳定性,从而影响装填效果。通过分析旋转输弹机力学和数学模型,在对实际部件进行抽象和简化的基础上,运用ADAMS软件和MATALAB软件建立了机电联合仿真模型。实测1/4集中均匀载弹条件下药筒质心最大加速度、最大振幅和最大速度与仿真试验数据对比,其相对误差在允许范围内,验证了模型的正确性。通过对旋转输弹机在不同载弹条件下的振动特性仿真试验分析,得到了在不同载弹状态下的振动响应特性,从而对自动装弹机故障检测和改进设计提供参考。

埋头弹火炮内弹道发射与常规弹道发射明显不同之处是,弹丸是在点火药产生的气体推动下嵌入膛线,而且行程比较长。为使内弹道发射的稳定性提供保证对其装药设计进行深入研究,为工程应用提供理论指导。通过软件计算和试验的结果对影响内弹道的因素进行分析,并对弹丸嵌入过程进行研究。该装药结构设计合理可靠,该程序能够用来指导同类装药结构设计。

复杂目标RCS数值计算难度高,计算机资源消耗大,在实时仿真上的应用较为困难。结合空袭兵器RCS仿真的实际情况和需求,采用部件分解法建立运算模型,并用高精度算法计算其RCS,然后通过分析体征变化对RCS的影响,推演经典算法公式提取体征修正系数;使用简单的系数运算代替复杂的算法求解,进一步得出其他不同体征空袭兵器的RCS,从而减小计算量,缩短运算周期。这种方法建模简单、物理概念清晰并能满足仿真实时性要求。

在火炮发射初始参数装订中,由于捷联惯导系统内部空间狭小且与其外部结构存在相对旋转运动,利用传输线会造成扭断。因此选用体积小,功耗低和传输安全的无线传输方式。无线传输系统以蓝牙模块主从网络结构为核心,包括数据发送、接收模块的软硬件实现,以及在静态和动态环境下的测试结果。实践证明,蓝牙无线数据装订系统在恶劣电磁屏蔽和高速旋转环境中能可靠传输数据,为其他型号火炮初始参数装订提供了应用依据。

针对存储测试技术对测试系统低功耗的要求,研制了微型脉冲供电式光电倒置开关。介绍了研制背景和意义,阐述了设计过程及工作原理。此种开关是一种新型开关,具有低电压驱动、低功率损耗、微小体积、延时功能和适用于批量生产的微型器件,其工作时不需要人为接触操作,只需要将开关倒置,就能实现关、开状态的单向转换。该微型开关是电源控制技术的关键技术,也是实现存储测试系统微功耗的关键部件,实验已取得预期的效果。

在两栖装甲突击车动态测试的过程中,电路噪声是影响测试精度与可信度的主要因素,如何去除混杂在原始信号中的噪声信号对提高火力控制检测系统测试精度与可信度显得尤为重要;根据工程需求,使用小波阈值法对采集的信号进行去噪处理,通过选择合理的小波基,分解尺度与阈值选择原则,对比各方案的去噪效果,经仿真分析确定了最佳方案。实践证明,在火控检测系统中使用小波阈值法能有效地去除噪声,提高测试系统的精度与可信度。

弹丸结构设计及其强度分析是超高射频串联发射核心技术之一。在分析超高射频串联发射整体结构的基础上,设计了弹丸结构,利用ABQUS软件建立了两发串联弹组的有限元分析模型。通过仿真得出了发射过程中两发串联弹组在最大膛压作用下的轴向形变及等效应力分布情况,分析了弹丸前端锥度和圆台大小对支撑部分受力的影响。该有限元分析的结论可为减小弹前阻力、优化弹丸结构及选取弹丸材料提供理论依据。

为了满足火炮动力后坐模拟试验时瞬态强冲击力的要求,设计了一种以液压为动力源、以炮口冲击力代替炮膛合力作为后坐动力的模拟试验装置。重点阐述了液压动力子系统和冲击子系统的设计方案,并建立了被试火炮在0°射角时两个子系统的简化数学模型。基于ADAMS与EASY5软件,开发了火炮动力后坐模拟试验装置的仿真模型,实现了火炮动力后坐模拟试验过程的协同仿真。仿真结果表明,该试验系统设计方案可行,系统参数设置合理,为火炮动力后坐模拟试验装置的物理样机研制提供了依据。

完整的车体模型在电磁兼容仿真时需要巨大的计算机资源。运用基于时域有限积分(FITD)算法的CST微波工作室(MWS)对某高炮的车体和位于车体顶部的天线建立模型,并简化车体模型。将原模型与简化模型计算的传输系数S21和电磁场强度曲线进行对比,并运用MATLAB计算得到原模型与简化模型天线耦合度及误差曲线。仿真结果表明,在一定精度范围内简化模型可以有效地代替原模型,提出的简化方法对电磁兼容仿真有一定意义。

针对火炮连续发射过程中火药气体的热作用使身管温度持续升高而造成的安全性问题,分析了火炮发射过程中热量的传递过程,建立了身管热传导数学模型。利用ANSYS软件建立火炮身管有限元模型,模拟火炮发射过程中火药气体与身管内壁的强制对流、外壁与环境的自然对流,并且考虑了开闩后外界空气流入与身管内壁间的自然对流。经仿真求解得到了发射后瞬间和冷却一段时间后身管径向温度分布,以及连续发射过程中身管径向各节点的温度-时间变化曲线,其规律与实验测试结果相一致。研究成果为火炮的安全使用提供了一定的理论依据。

电磁轨道炮工作时,轨道通入电流,在轨道间形成磁场并在电枢上产生强大的推动力,使电枢沿轨道加速运动。通过应用电流元简化模型的方法,计算电枢上的磁场分布,进而计算电枢所受的电磁力。在此基础上利用数值分析方法分析了3种不同形状电枢的电磁轨道发射过程,研究了电枢的形状、结构尺寸对电枢的应力状态的影响,给出变化规律。研究结果可为电枢设计提供依据。

利用ANSYS软件建立了块状电枢轨道推进器三维瞬态电磁场的有限元模型,计算得到了两轨道和电枢内的电流场分布。结果表明,在几毫秒内,电流趋向导体表面流动并在电枢尾部与轨道接触处集中,电流线聚集是引起轨道和电枢之间放电烧蚀的主要原因。同时根据有限元计算得到了推进器周围以空气为介质的磁场分布,结果显示,磁场主要集中分布在靠近电枢尾部一侧的两轨道间,并向后延续到约等于4倍口径的长度,电枢处是磁场激增区域。上述结论对电磁推进器的优化设计有重要参考意义。

舰炮托架的轻型化是舰炮武器发展的必然要求。托架轻型化不单是要降低托架的质量,同时还要保证托架在各种复杂工况下有正常或更好的力学性能。在保持托架构型和载荷不变的条件下,采用有限元分析软件建立分析模型,分别对某型试验舰炮原托架和托架轻型化方案进行了多项力学性能分析,利用层次分析法对原托架和4种托架轻型化方案的力学性能进行了综合分析,给出了各方案优劣的量化值。分析结果表明,马氏体时效钢和钛合金材质的轻型化托架力学综合性能最优,本文的分析思路及方法对同类设计具有参考作用。

无人炮塔火力线调动过程中,火力瞄准机构运动使动力系统参数摄动,而连续射击时的冲击又使系统有较大外部干扰。针对火力线动力系统中这两个不确定性因素,提出非奇异终端滑模变结构鲁棒跟踪控制方法。该控制策略中,控制结构不变部分使火力线标称动力系统渐近稳定,控制结构变化部分使上界已知的不确定动力因素得到抑制和补偿。通过对某无人炮塔-火炮动力系统的仿真实验,验证了所提方法的有效性。该方法还为某些武器发射平台高精度瞄准控制设计提供有益参考。

在坦克火炮稳定器的位置伺服控制系统中,PID是最常用的控制方法之一,在位置伺服控制系统中超调量与调节时间通常是矛盾的。根据滑模控制的思路,给出了一种基于超调量的双PID调节方法,既能实现较小的超调量,又能实现较短的调节时间。该方法可以方便、准确地确定PID控制器的参数,为工程应用提供了方便。在SIMULINK环境下的仿真结果验证了该方法的可行性。采用这种调节方法很好地实现了某型坦克火炮稳定器的火炮位置伺服控制。

在矩形电枢与简单轨道的基础上建立了电磁轨道炮轨道和电枢上磁场扩散的二维有限元计算模型,模型没有考虑轨道与电枢的形变。分析了电枢运动引起的速度趋肤效应,随着轨道与电枢相对速率的增加,磁场、电流的趋肤效应越明显,当速度大于1000m.s-1时,磁场和电流集中分布在轨道内表面与电枢后表面附近很小的区域,继续增大相对速率不会使磁场分布发生明显变化。采用ANSYS软件计算了静态复杂电枢结构情形下轨道电枢上的磁场和电流分布,U形电枢结构对于抑制电枢与轨道交界处磁场、电流的过分集中有明显的改善作用。

传统的火炮膛压测试仪采用压电传感器,其安装结构与测压器的小体积存在着矛盾,且有零点漂移的问题,因此提出采用基于测压器壳体的电容式压力传感器,通过分析传感器及膛压信号的特点,设计了基于PS021的传感器接口电路。PS021对传感器信号进行转换、采集,MSP430对PS021进行控制、设置,并存储数据,此电路可以测得完整的膛压随时间变化曲线,利用该电路对电容传感器进行了动、静态标定实验,实践证明,PS021的应用使电容传感器的精度大大提高,对减小测压器的体积、降低电子测压器的成本具有重要意义。

针对该瞄具操控台采用CAN总线与瞄具系统中其他设备进行数据通讯,且通讯数据信息量大,实时性要求高的特点,在设计过程中采用了基于ARM7内核的32位LPC2119微控制器搭建的嵌入式系统。主要利用微控制器内建的CAN控制器以及LED数码管显示及键盘接口专用芯片BC7281,实现了CAN总线的通信和数据的显示及设定等人机数据交换功能。本系统硬件电路简单,可靠性高,便于维护。软件采用了实时操作系统作为开发平台,用多任务方式优化了系统应用软件,提高了系统的稳定性和实时性。

针对现有炮射导弹检测设备在实际应用中存在的不足,设计了一套基于SOPC技术的炮射导弹检测系统。该系统主要分为电源组件、A/D转换组件和显示组件、FPGA控制组件、信号发生器5个部分,并运用VHDL语言开发了信号发生器模块,利用SOPCBuilder完成了系统的定制。该方案具有体积小、功耗低、可靠性高、扩展性强、软硬件可升级等诸多优点,是一种新的软硬件协同设计的系统设计技术,用于实现对炮射导弹性能参数的自动化测试和故障诊断,解决部队使用与训练中存在的操作步骤多、测试参数显示单一、调试精度低等问题。

高冲击以能量观点可分为超高g值、窄脉宽冲击和中高g值、宽脉宽冲击两种,前者以高g值为目标,而后者则更关心冲击能量。高冲击能量条件下加速度测试具有冲击作用时间长、运动行程长、测试环境恶劣等特点,其准确测试具有一定难度。从高能量冲击试验装置工作原理出发,阐述了测试系统的组成、加速度信号判定等技术问题,分析了实际测试中出现的零漂问题产生的原因,提出了电缆甩动零漂和电荷放大器零漂的实际解决措施。

火炮结构后坐部分与导轨、齿轮与齿弧、回转部分座圈等结合面是影响火炮动力学特性的重要因素,结合面存在着接触刚度和接触阻尼。结合面刚度是火炮结构整体刚度的重要组成部分。对于火炮结构零件组成的机构,其大部分阻尼来源于结合面。火炮结构结合面力学模型研究经历了多刚体模型、多柔体模型以及有限元模型。火炮多刚体模型由若干个刚体、弹簧和阻尼器构成,将结合面简化为弹簧和阻尼器,建立运动微分方程,描述火炮系统射击时的受力和运动规律。多柔体模型由若干个弹性体与刚性体组成,结合面的处理与多刚体基本相同。

无人机电磁弹射技术是一种非常有应用前景的新型弹射技术,与传统的无人机液压/气动弹射技术相比具有一定优势。总结了电磁发射技术实用化面临的难题,归纳了无人机电磁弹射技术有别于一般电磁发射技术的显著特点:弹射频率低、弹射质量小、弹射速度低、弹射动能小等,列举了几种典型无人机的弹射数据,并具体计算了赫尔墨斯450无人机的电磁弹射数据。无人机弹射起飞具有的这些特点,是无人机率先实现电磁弹射的前提与保障。