多匝轨道炮采用多层结构,是解决简单电磁轨道炮电感梯度小、电流汇聚严重等轨道炮应用问题的一个重要途径。分别对简单轨道炮、双匝、三匝轨道炮膛内磁场分布、电感梯度、轨道内电流分布进行了比较分析。分析结果为在单侧通流总量不变、口径相同条件下,3种结构形成的磁场分布近似,多匝轨道炮电感梯度提高明显且电流汇聚程度减弱。分析认为,与简单轨道炮相比,轨道炮采用多匝结构可在一定程度上降低对脉冲电流的大幅值需求,进而减小对电源的要求、降低电源及回路线缆的不必要能耗、减弱欧姆热集中带来的不良影响,是轨道炮发展的一个重要方向。

以某转管炮为研究对象,基于多能量范畴耦合理论,依据内源式FORC差动补偿原理,构建内源式FORC装置;建立了内外能源耦合控制系统的逻辑关系图,对转管炮进行了发射动力学仿真。在内能源与耦合能源两种射击状态下,得到全炮的后坐速度及后坐阻力数据。对比并分析仿真结果,得出在耦合能源作用下,转管炮的射速更趋于稳定。此仿真结果对转管武器的内外能源耦合研究具有一定的参考价值。

某履带式自行火炮随动系统采用捷联惯性导航装置来检测火炮身管姿态,实现射角射向的高精度控制。为解决火炮随动系统高低向伺服和方位向伺服存在的控制耦合问题,采用四元数法,将捷联惯导测量值与射角射向主令诸元从地理坐标系下转换到车体坐标系下,分别解出方位向和高低向调转误差,通过位置控制器和电机驱动系统完成火炮身管姿态闭环控制。在车体初始姿态分别为水平和倾斜6°条件下进行仿真和试验。结果表明:采用四元数坐标变换法的火炮身管姿态伺服控制系统具有实现简单、调炮平稳、瞄准精确和超调小等技术特点,满足系统设计要求。

弹丸触发位置是磁阻发射器设计的重要参数,其对发射性能的影响至关重要。通过设置弹丸与驱动线圈的相对位置,利用AnsoftMaxwell仿真弹丸发射过程,得到弹丸触发位置对单级电池驱动型磁阻发射器发射性能的影响。仿真结果表明:弹丸触发位置对单级电池驱动型磁阻发射器产生影响,而且最佳触发位置不受电池电压电流的影响,触发位置z=0mm时,弹丸出口速度最大,且效率最高。根据仿真模型,搭建单级电池驱动型磁阻发射器试验平台,并进行试验,试验结果与仿真相一致。试验结果为电池驱动型磁阻发射器的工程化提供了有力支撑。

针对枪弹位置的线阵CCD测量图像信息处理问题,研究了线阵CCD在测量枪弹射击中枪弹的提取、噪声的剔除、枪弹中心的确定等问题。常用的背景差分算法在实际系统的运算过程中存在速度慢、噪声多等问题,根据线阵CCD测量系统采集到的枪弹图像信息的特点,提出了在背景差分法的基础上通过图像的一种改进的互相关性快速提取枪弹图像的算法,进而确定枪弹位置。通过比较该算法和背景差分法对枪弹图像的采集与处理,可以得出用该算法计算出的枪弹位置精确度高,耗时短,提高了线性CCD测量系统实时处理的效率,在连发的高精度自动报靶系统中具有一定的实用性。

目前舰炮武器系统对岸上不可观测目标校射尚未有成熟的方法,为此,在分析舰炮武器系统弹道拟合对岸射击工作原理和影响舰炮武器系统射击精度因素的基础上,提出利用弹道拟合对岸上目标进行校射的新方法,并给出方位和距离偏差量计算公式。分别对使用新方法前后效能进行比较仿真,仿真证明新方法极大地提高了舰炮武器系统命中概率。所提出的方法对于提高舰炮武器作战效能具有较强的理论价值和一定的参考意义。

为了实现某自行高炮火力系统健康状态的科学评估,将三角模糊数运用于层次分析法中,克服了原有方法在权重分配上主观模糊性较强的缺陷。同时针对健康评估过程中固定权值对设备实际状态变化缺少快速反应的缺陷,根据设备不同的功能属性、退化特点及技术要求,构建了相应的变权函数,对设备实际权重进行修正,在面对平衡程度较差的状态集时能够实现更合理的装备健康状态评估。

为了评价某小口径多用途弹丸的冲击起爆能力,采用分步试验,结合ANSYSLS-DYNA动力学分析软件,对该型弹丸的冲击起爆能力进行了研究。通过调整弹丸半径方向网格数量λ,建立了有效的弹丸穿甲计算仿真模型。对比仿真计算与试验结果,表明网格划分对计算结果精度影响较大。当λ>12时,仿真计算的临界击穿速度与试验值基本一致。在弹丸能够穿透钢板的基础上,对弹丸静态引爆炸药盒的试验研究,验证了该型小口径榴弹的冲击起爆TNT炸药能力。

为研究网格质量对炮口制退器CFD仿真结果的影响,以某炮口制退器为对象,利用Fluent比较结构网格、非结构网格和混合网格对炮口处三维流场计算结果的影响。对比以上3种网格的仿真时间和网格数量,结果表明采用结构网格所需的网格最少,运算所耗机时最短,但网格划分工作量最大。将仿真结果与试验结果进行对比,结构网格与混合网格得到的效率与试验实测值符合良好,非结构网格计算所得炮口制退效率与实测值相差较大。由此可以得出结论:在炮口制退器CFD仿真中,炮口制退器流场网格模型的近壁面宜采用结构网格以保证仿真结果的正确性,远场的网格类型对炮口附近三维流场计算结果影响不大。

CAN通信广泛应用于自行火炮、坦克装甲等车辆武器系统,出于对产品本身安全性的考虑或抗电磁兼容等方面要求,需尽可能控制并减少信号激励源与被测系统之间的相互干扰,基于CPLD技术实现的可编程数字隔离模块能有效阻断CAN检测节点物理层差分电气连接,以保护被测试CAN总线网络。实践应用表明该模块稳定性好、实时性强、可移植度高且外部供电单一,具有广泛的通用性、良好的应用前景和使用价值。

电磁轨道炮作为一种新概念动能武器系统,与传统火炮相比具有发射动能高、攻击距离远等优点。电磁轨道炮利用脉冲电流产生的强磁场与电流产生的洛伦磁力来产生推动力,而轨道表面的电流分布会对电磁轨道炮的寿命、性能等产生重要的影响。通过二维边界元方法,采用自编程序对比模拟了几种不同形状轨道的表面线电流分布,计算结果表明:通过倒角、采用椭圆弧面以及几何参数的适当选取等方法可以抑制电流密度聚集效应,增大轨道内侧表面电流密度幅值,优化轨道表面线电流分布,为轨道炮的实验设计提供了合理的参考方案。

射击密集度是火炮关键战术技术指标,是弹、炮、药、气象环境等各种随机因素综合作用的结果。为了分析弹丸起始扰动、初速、弹丸结构参数、风速等随机因素对射击密集度的影响,采用RBF神经网络拟合射击密集度计算程序非线性,较好地解决了直接灵敏度分析中回归模型不可靠问题。基于最优拉丁超立方试验设计进行了射击密集度灵敏度计算,通过回归分析与方差分析获得影响射击密集度的主要因素,以及各随机因素对射击密集度的影响规律。该研究为随机因素优化奠定了基础,可为火炮总体设计提供理论参考。

火炮射击过程中高温燃气周期性冲刷身管内膛导致内膛壁温升高,从而使以含能材料为主配方的全可燃装药在膛内滞留期间面临更多的热安全性问题。利用双一维两相流内弹道模型与一维轴对称热传导模型,描述了某火炮连续发射过程中的身管传热规律,并通过计算结果与试验测试结果对比,验证了模型的准确性。在此基础上,对持续射击20发的身管温度场进行了仿真,得到了每发射击完成后身管内、外壁温度分布规律,分析了不同环境温度、射击工况及身管厚度对身管温度变化规律的影响。结果表明,射击工况对药室内膛温度径向分布规律影响较大,环境温度、身管厚度对其的影响很小;环境温度、射击工况对药室内壁最高温度达到火炮报警温度的射击发数影响较大,身管厚度对其的影响很小。计算结果为装药射击热安全性、身管热烧蚀及寿命研究提供参考。

为求解射表编拟中弹道计算所需的弹丸空气动力系数,采用有限容积法求解N-S方程、S-A湍流模型并考虑具体边界条件,借助FLUENT模拟弹丸外流场。对某型榴弹实现了流场模拟,得到了攻角为0°、4°、8°和马赫数为0.6~2.1时的弹丸阻力系数、升力系数、俯仰力矩系数。通过该弹气动力系数数值模拟计算值与雷达数据提取值、工程计算值、纸靶试验值进行比较,表明数值模拟得到的曲线规律较好。在此基础上,采用阻力、升力符合系数修正方法,实现了数值结果在射表编拟中的应用,且精度满足射表编拟等弹道计算应用的需要。

电磁轨道炮弹药制导部分是其未来发展的关键技术之一。针对弹药制导组件无法承受过强磁场的问题,采用理论分析和数值仿真方法,对铜导体的电磁感应屏蔽、铁磁材料磁屏蔽以及活动制导组件的控制技术作了磁场分布有限元分析,研究了电磁轨道炮发射过程中弹药制导组件所处磁场环境的抑制方法。结果表明:采用合适隔离与屏蔽方法,制导组件所处环境的磁场可降低4个量级,达到36μT。上述研究工作很大程度上降低了弹药组件环境磁场强度和研发难度,对电磁轨道炮制导弹药研究开发具有一定参考意义。

根据某舰炮故障排除和结构改进要求,针对独立抽筒机构与炮闩运动匹配性问题,建立了计算模型;得出了复进抽筒过程中抽筒子转角与转速随炮身复进位移和复进时间的变化曲线,以及复进开闩过程中炮闩位移与速度随炮身复进位移和复进时间的变化曲线;分析了抽筒子与炮闩在挂闩过程中相对位置和相对时间的匹配性,从空间位置和时序角度来说,能实现可靠挂闩。分析结果能够为舰炮维修保障、结构改进提供技术支撑。

为实现火炮射角的数字化测量,设计了一种数字象限仪。以MSP430F6638单片机为处理器,与圆弧式光栅传感器组成倾角测量系统,给出了系统硬件电路设计方案,在分析光栅信号四倍细分原理的基础上,结合MSP430单片机的超低功耗特性,给出了系统软件程序设计方案。采用软件解码的方法完成光栅倾角信号的辨向、细分与计数运算,具有测量范围大、精度高、功耗低等特点。经试验验证,设计实现了0.25密位测量分辨力,能长期待机工作,适合野外作战环境下使用。

针对武器自动机含噪冲击振动信号的混沌特性识别问题,提出了基于神经网络的混沌特征识别算法。将信号进行降噪处理,利用神经网络强大的学习和非线性处理能力,逼近信号真实相空间映射建立Jacobian矩阵,通过Jacobian矩阵计算出最大Lyapunov指数,并判断信号是否含有混沌特征。分别采用Lorenz仿真系统和自动机动作的冲击振动实测信号进行算法验证,仿真和试验结果表明提出的算法可以有效地解决自动机冲击振动信号混沌特性识别问题。

现代战争中,空袭与反空袭已经成为战争的主要模式,伴随战争始终。在空袭兵器中精确制导炸弹以其精度高、作战能力强、超视距打击、效费比高以及多运载平台等特点已经被愈加频繁地应用于近代历次战争之中,针对精确制导炸弹的技术特点与防御难点,分析了现役防空高炮抗击精确制导炸弹的不足之处,为防空高炮抗击精确制导炸弹提出了技术需求与发展方向。

明确了保障器材技术特性分类和使用配置原则,提出了保障器材配置设计的主要内容;以武器装备实力以及全寿命周期状态分布为依据,建立了保障器材配置的动态方程,可实现消耗件、易损件、维修件、检修件等保障器材日常维修配置、长航配置和长期器材规划的定量设计,以保证舰炮处于良好的技术状态,为舰炮全寿命周期保障性设计提供参考。