采用数学建模法及图形建模法,基于EASY5软件建立了火箭炮高低随动液压伺服系统仿真模型,并结合液压试验台对柱塞泵流量进行了试验验证,此外采用粒子群优化算法程序,针对PID控制器参数进行了优化。仿真与试验结果表明:基于EASY5软件建立的高低随动液压伺服系统模型是准确有效的,优化后的模型更符合性能指标要求,为实际装备中控制器的设计提供了参考,并为下一步的仿真研究奠定了基础。

为了研究圆筒形辅助结构对半球药型罩射流成型及侵彻性能的影响,运用非线性动力学仿真软件Autodyn-2D的Euler算法对模型进行数值仿真。研究得到:带有圆筒形辅助结构的半球药型罩比普通半球罩成型更好,射流头部速度提高了58.75%,射流长度提高了61.54%,侵彻能力提高了46.08%.据此结果,当研究结构的圆筒直径为30mm、圆筒高度为30mm时,射流的综合性能达到最好。

针对导弹离轨安全性问题,研究了考虑弹性响应的导弹倾斜发射过程,以及导弹质量特性和发射角度的影响。提出了导弹倾斜发射动力学模型,其中考虑了离轨时刻导弹弹性变形释放产生的弹性响应和动载荷,以及离轨后低速飞行过程中的气动力,建立了导弹的结构动力学模型。通过算例研究了导弹离轨动力学模型的可行性,获得了导弹质量特性参数和发射角度对动力学和弹性响应的影响。研究发现,导弹离轨前,弹体在重力和前后滑块支撑力作用下发生弹性变形,在离轨时刻弹性释放,产生弹性响应,使得弹体受到动载荷;导弹质量和惯量对刚体运动影响较大,导弹质量和惯量越大,沉浮运动和俯仰运动响应越大,且分别呈现线性和非线性趋势;发射角度越大,导弹的沉浮运动、俯仰运动以及弹性响应越小。

新型电磁制退机在火炮复进过程中也会产生电磁阻力,这对火炮复进运动产生了一定的影响。根据电磁感应定律,结合火炮复进运动规律,对火炮电磁制退机在复进过程中产生的电磁复进节制力进行分析,建立火炮电磁制退机复进运动的动力学模型,研究分析了火炮电磁制退机对火炮复进运动规律的影响。根据拟定的理想复进速度变化规律,提出了利用负载阻值调控对电磁复进节制力进行调节的方法并进行分析。结果表明:火炮电磁制退机对火炮复进运动的影响较大,基于负载调控的阻力调控方法能够有效减小其对复进运动的影响,使火炮电磁制退机满足复进要求,同时将复进能量转化为电能。

为考察接触电阻对电磁发射性能的影响,对矩形截面的铜导轨和C形铝电枢组成的发射装置进行三维有限元模拟。根据电枢与导轨间接触压力计算枢轨表面接触电阻,分别对考虑接触电阻下和理想接触下的电磁轨道发射装置进行电磁场计算,分析接触电阻对于电磁发射装置的影响。计算结果表明:接触电阻急剧增加又急剧减小到最小值后,随着电流的减小又逐渐增加;接触电阻对于发射方向洛伦兹力没有影响,接触电阻改变了枢轨接触表面的电流密度的最大值和分布,但对于电枢喉部电流密度的最大值和分布没有影响。

为了得到平头型回转体倾斜侵入波浪过程中产生的空化现象、诱导气相速度变化规律和回转体头部所受的压强变化规律,采用了VOF方法,在Fluent15.0中采用动网格技术和profile文件嵌入赋予回转体运动状态,使回转体以60°的射角,100m/s的速度匀速倾斜侵入波浪,对其产生的入水空化现象进行模拟。结果表明:平头型回转体在倾斜侵入波浪过程中产生不对称水雾化区;诱导气相速度在侵入波浪时最大,达到回转体入水速度的2.5倍,完全入水后诱导气相速度下降到回转体入水速度1.2倍;回转体头部所受压强在入水时达到最大,完全入水后回转体头部所受压强大小变化呈波浪状态。模拟结果可为弹丸入水的流动特性研究提供一定的参考。

一体化弹丸的弹体、弹托的连接方式和结构参数直接影响着其脱壳进程,进而影响其飞行稳定性和效能。为研究一体化弹丸膛口初始弹道的行为状态,建立了一体化弹丸脱壳流场模型,基于流体力学控制方程和外弹道六自由度(6DOF)运动方程,在Fluent中利用光顺法和局部重构法的动网格技术,对一体化弹丸的弹托在空气动力作用相对于弹体分离的流场进行了数值模拟,得到了在整个过程中流场分布和相关的气动参数。该仿真结果为一体化弹丸的结构设计提供参考。

根据自动武器材料研究其运动仿真时的参数设置,为了提高仿真精度与可信度,将自动武器曲线槽与凸笋的碰撞简化为小球-平板模型,利用ADAMS和ANSYSWorkbench软件分别对接触碰撞参数和材料性能参数进行研究,采用单一辨识构造各参数与反跳速度间的映射关系。通过映射关系假设函数关系式并建立目标函数,利用遗传算法对目标函数进行求解,对参数间的函数关系进行优化,最后对优化后取值进行验证。研究结果表明:通过遗传算法优化后得到的反跳速度为784.7962mm/s,与理论值的相对误差小于1%.因此通过碰撞材料性能参数推导接触碰撞参数设置值的方法,能够为自动武器碰撞仿真提供一个较为准确、可行的方案。

为确定液压平衡式发射装置机械式发射开关调节发射能量的具体规律,利用增减发射开关垫片的方法改变发射能量提供操作指引。通过分析液压平衡式发射装置的工作过程和机械式发射开关控制发射能量的基本原理,建立发射过程数学模型,运用Simulink建立仿真模型,实现了液压平衡式发射装置的内弹道仿真。利用模型选取不同垫片厚度,仿真确定机械式发射开关垫片厚度与发射能量的定量关系,分析采用增减垫片方法对机械式发射开关能量控制规律的最终影响效果,为紧急情况下发射能量的灵活调节提供了理论依据。

针对身管后坐式链式机枪的弹簧-液压缓冲装置,以某中口径链式机枪为研究对象,在满足设计要求的前提下,设计合理的缓冲装置参数,运用ADAMS软件建立其动态仿真模型进行仿真验证。结果表明,弹簧-液压缓冲装置可提供较大的阻尼力,能够让身管在缓冲器上的振动在下一发弹射击前衰减完毕,该仿真验证方法对身管后坐式弹簧-液压缓冲装置的设计能够起到一定的作用。

电磁轨道炮发射时装填固体电枢所需的推力不仅与电枢-轨道之间的初始接触压力相关,而且与装填电枢的方式等因素相关。通过选取装填过程所涉及的推杆和电枢为研究对象,利用NXNASTRAN解算器建立了电枢入膛有限元模型,对几种常见的推杆偏移现象进行了量化对比分析,结果表明推杆的上下偏移是造成装填推力变大的重要因素。在实际建模中,轨道选用与现实更贴合的凸面对称结构、电枢-轨道接触压力按照"每安培一克"进行初设。这些工作将有助于提高电磁轨道炮自动装填装置的设计水平。

基于BP人工神经网络,对相同结构不同参数的聚能装药所形成射流的头部速度进行预测。使用有限元分析软件AUTODYN进行了仿真模拟,其中聚能装药的结构参数包括药型罩壁厚t、药型罩锥角α以及炸药类型;然后在MATLAB中搭建BP人工神经网络并将27组数据导入,根据预测误差来调整网络权值和阈值,从而使BP神经网络预测输出逼近期望输出。结果表明,BP人工神经网络对于射流速度的预测较为准确,且计算速度比有限元方法高出几个数量级,可以实现对聚能射流速度的快速计算仿真。

针对弹炮结合武器系统智能协同作战网络进行了分析和研究,分析了武器系统协同作战的建立原则、连级武器系统网络模型,以及协同作战网络的建立策略。通过对协同作战网络的智能化技术需求分析,提出了智能协同网络构建总体方案,基于认知无线电技术构建具有初级智能的协同作战网络,实现频谱感知,网络自适应开通,以及路由智能算法等,为弹炮结合武器系统提供高效、可靠、智能的协同作战网络,进行武器平台从信息化向智能化发展的技术研究。

针对目前机载/车载网络应用存在的系统需求与网络资源利用不均衡、应用与网络设计高度耦合、网络业务管理集中等问题,以及新一代飞机、火炮、坦克信息综合化需求,提出一种新型机载及车载自适应柔性控制互联网络设计方案,面向不同业务服务质量要求,提供不同的网络切片,将控制、任务、管理、维护网络平面分离,降低不同业务之间的耦合,避免故障在共享信息通路中传播与蔓延,满足系统按需免配置动态接入,完成跨任务域、混合多业务实时、可靠、有序通信的要求,满足未来等新一代飞机、火炮、坦克大系统综合化需要。

针对小口径高炮存储供弹系统携弹数量受限、供弹阻力大及供弹线路长等问题,提出了一种新型旋转存储供弹系统。该系统采用4个独立小弹仓组成的存储弹箱对供弹系统进行旋转供弹,大大缩短了供弹线路,减小了供弹阻力。通过合理匹配旋转供弹时间达到安全可靠的旋转供弹。该供弹系统结构设计简单紧凑,控制操作方便,运行可靠,不但满足火炮全程高射速情况下输弹动作平稳,拖弹阻力小,而且操作维修方便,能有效解决目前小口径高炮存储供弹系统的难题。

针对超高初速炮弹回收问题,提出了一种结构简单且安全可靠的回收实验装置来回收此类炮弹。该回收装置的介质为空气与水的混合体,通过向水中加入空气形成大量液泡,使得液泡具有可压缩性,利用液泡的可压缩性以及液体的阻尼特性,既可以实现降低高速弹丸的速度,又可以保证不对弹丸结构产生损伤。通过理论分析以及利用CFD技术进行仿真,得到炮弹最终减速情况,在满足要求安全过载的情况下,得出弹丸回收过程的速度、加速度以及压力曲线。仿真结果表明,在8.6m长的回收装置中,可以将初速为1000m/s的弹丸在最大过载不超过20000g的情况下,最终速度减为0m/s.最后通过对仿真结果与试验验证结果进行对比,发现两者趋势以及量级都比较吻合。

某小口径火炮身管延伸体在射击过程中多次出现开裂故障,导致其使用寿命无法满足指标要求。针对这一问题,基于大量的材料试验,考虑火药燃气压力的真实载荷传递路径,对系统冲击动态响应及疲劳寿命进行仿真,得到裂纹萌生寿命及位置与试验破坏现象基本一致。经结构局部改进,预测裂纹萌生寿命由500发左右提高到4000发以上。研制了模拟冲击试验系统,对改进后结构进行了模拟冲击加载试验及实弹射击寿命试验。模拟冲击试验中,4300次循环后萌生裂纹;实弹射击中,3000发考核仍未出现裂纹。一次改进达到指标要求,验证了理论分析的准确性及改进措施的有效性。

电磁轨道炮轨道间距变化一致性与发射过程中枢轨电接触性能密切相关,为获取轨道间距变化规律,针对轨道炮炮膛特殊结构形态,并结合角平分线相关特性,提出一种基于角平分线特性的轨道间距测量方法,并对其进行误差分析,分析结果可知误差大小随着角平分线偏转角和传感器测点位置距离支撑机构距离的增大而增大,在对轨道间距进行实际测量时,设计了标定装置对测量数据进行验证,结果表明该系统测量误差为20～50μm,该测量方法可满足轨道间距在40mm及以上口径范围内的轨道炮轨间距测量精度要求,该研究为轨道炮轨间距等参数的测试提供了一种新方法。

为了实现弹丸外弹道切向加速度的有效测量,使加速度测量更具理论基础,在实际应用时更具参考价值,提出利用MEMS加速度传感器测量轴向加速度以代替切向加速度的测量方法。利用六维刚体外弹道模型分析了弹丸运动过程中攻角随着弧长和射角的变化规律,并以此为基础计算利用两种加速度进行弹道弧长解算的误差,仿真试验发现,攻角变化很小,两种加速度变化规律差异很小,利用两种加速度计算出的弧长误差也很小,在有限距离内可以利用轴向加速度进行弧长解算。利用MEMS加速度传感器进行测量系统设计,并进行实弹射击试验,试验结果表明该方法能准确获得弹丸外弹道的加速度,加速度变化规律和范围在误差允许的范围内与仿真试验结果基本一致,在弹丸外弹道性能分析、惯导系统设计以及精确制导弹药研制方面具有广阔的应用前景。

针对火炮弹药运输或搬运过程中外骨骼系统外负荷未知且随机变动而影响外骨骼控制系统力矩需求计算的问题,结合三维力传感器和惯性传感器等信息,运用拉格朗日动力学方程提出一种外负荷估算模型,该模型能较好地利用传感器回传数据预测在人体矢状面上运动过程中外负荷的加载变化和惯性作用对外骨骼系统髋关节作用点产生的力矩,从而为外骨骼控制系统的需求力矩计算提供了理论依据。通过设计并搭建了实验装置对提出的估算模型进行验证,实验结果符合理论预期。

为提高坦克火控系统故障诊断的准确率,以某型坦克火控系统为对象,提出了基于案例和规则融合的D-S证据理论故障诊断专家系统。根据坦克火控系统结构特点和专家提供的经验知识,分别运用案例知识专家系统和产生式规则专家系统,最后把两种推理方法得到的结果通过D-S证据理论融合。研究结果表明:该方法克服了单一方法对信息利用不充分的缺陷,提高了坦克火控系统故障诊断的准确率,减少了漏诊误诊率。