针对某型火炮炮塔的结构优化问题,以结构筋板厚度为设计变量,以最小化炮塔结构质量为目标,以最低固有频率为约束条件,建立了炮塔结构的优化模型。针对使用有限元模型优化计算时间较长的问题,使用拉丁超立方方法进行实验设计,建立了设计变量与结构最低固有频率之间的BP神经网络代理模型,并通过均方误差MSE和决定系数R~2衡量代理模型精度。针对传统优化方法效率较低的问题,使用改进多岛遗传算法和非线性二次规划算法的组合优化算法进行优化。优化过程和结果表明:使用代理模型后,优化计算时间大大减少;与传统优化算法相比,组合优化算法的计算效率有明显提升;结构质量减少了17.35%,轻量化效果明显。

电磁发射技术具有动能大、效率高、能量可控等特点,可用于发射舰载反鱼雷鱼雷。针对电磁发射反鱼雷鱼雷拦截概率问题,在典型作战态势下,分别建立了多级电磁线圈炮发射模型、本舰的运动数学模型、基于"线导+声自导"的来袭鱼雷弹道模型、反鱼雷鱼雷直接拦截弹道模型,并给出了反鱼雷鱼雷对来袭鱼雷的捕获及拦截条件,采用MATLAB对电磁发射反鱼雷鱼雷作战的拦截概率进行了仿真及定量分析。仿真结果表明,与传统发射方式相比,采用电磁发射可提高反鱼雷鱼雷拦截概率,且该发射方式可使拦截点远离本舰、减少作战耗时,提高作战安全性。

炮口制退器侧孔的射流将直接影响到侧孔气流总反力,进而影响到制退器的制退效率。为了研究炮口制退器侧孔射流对制退器制退效率的贡献大小,利用Fluent软件对某反作用式炮口制退器进行三维仿真数值模拟,基于仿真得到的三维炮口流场,分析其膛口波系的形成、稳定和衰减过程;基于CFD技术计算炮口制退器效率,通过Fluent软件监测制退器各排侧孔射流相关参数,计算其对制退器制退效率的贡献占比。为炮口制退器的分析和设计提供有价值的参考,也对火炮发射时炮口流场的分析研究具有重要意义。

对射频5000发/min的弹鼓系统供弹过程中杆式穿甲弹主要零部件所受冲击力进行了数值计算,求解转动供弹和直线供弹工况下,药筒、弹托和钨芯上观察点的等效应力随时间变化情况。分析了零部件上最大应力峰值出现时刻和对应的安全系数,表明该杆式穿甲弹的结构强度符合现有供弹系统的使用要求,在转动供弹和直线供弹环节中零部件安全系数最低的均为药筒,但钨芯尾部在弹托包覆截面附近有明显的应力集中现象。分析结果为药筒和钨芯的加工检验工作及实弹射击试验提供了重要的理论依据。

随着火炮和弹药技术的发展,各国越来越重视火力打击体系的重构。为提高大口径火炮远距离打击的精度,最大程度发挥大口径火炮的作战效能,超视距条件下目标的识别、跟踪、指示、毁伤评估变得尤为重要。立足于火炮超视距火力打击作战样式特点,通过对比无人机、巡飞弹和滞空弹的发展现状及典型特点,得出了无人机、巡飞弹在火炮超视距火力打击中作为侦察手段存在的不足,提出了炮射侦察滞空弹的目标图像、作战原理、关键技术及解决途径,炮射侦察滞空弹具有突防能力强、隐身特性好、结构和设备简单、使用成本低等优点,为构建大口径火炮远程精确火力打击体系提供技术支撑。

火炮射击过程身管内膛在高温、高压以及高速摩擦下发生烧蚀和磨损等现象,当身管烧蚀磨损量达到一定程度,将引起火炮初速、密集度等性能的显著降低,使身管"寿命终了",火炮失去作战能力,因此研究身管材料烧蚀、磨损性能对理解和延长身管寿命具有重要的意义。通过身管材料烧蚀、磨损性能实验研究,发现在氧丙烷火焰烧蚀过程中,材料表面发生金属氧化和熔融,同时萌生密集的热裂纹并扩展,使得表面产生明显的烧蚀坑。身管材料在不同温度、摩擦速度、压力下的磨损过程中,磨损率随着压力的增大而增大,当摩擦速度小于1m/s时,材料磨损率随着速度增加变化较小,在室温至300℃范围内,材料磨损率随着温度的升高而降低。

针对联合作战行动弹药消耗问题,提出建模原理及步骤,并根据作战任务指标、弹药运用比例以及弹药毁伤系数等因子,考虑目标特性以及弹药实际运用中的战术规则、战场环境等因素,建立联合作战行动弹药消耗测算模型,并通过实例计算得出了弹药消耗数量理论期望值的量化结果,验证了该模型方法的可行性。在此基础上,从弹药自身角度分析得出了弹药命中概率、弹药毁伤目标必须命中数是影响弹药消耗测算结果的两个主要因素,它们分别反映了弹药性能和弹药威力,并通过比较分析得出了弹药性能、弹药威力对弹药消耗测算结果的影响程度及趋势,给出了弹药规划与运用等方面的建议。

为研究埋头弹火炮发射过程中管壁传热规律,建立了零维内弹道模型,采用四阶龙格-库塔法进行求解,再分别根据拉格朗日假设和拟合公式求解出内弹道时期和后效期的火药燃气温度。采用马蒙托夫假定和经验公式求解得到内、外壁对流换热系数,并以此为边界条件利用有限差分法求解身管一维传热模型,分析了单发与连发射击状态下火炮身管温度场分布情况。结果表明:埋头弹火炮内弹道时间稍长,膛内温度可达2800K;单发时热量径向传播约3mm,连发时身管内壁温度作脉冲变化,外壁温度在第5发后开始升高。计算结果对身管热分析和确保发射过程中的热安全性具有参考意义。

大口径舰炮摆弹机构在实际工作过程中,存在偏心问题,由此引起的惯性激励力将导致摆弹臂呈现弯扭耦合振动特性,这对于摆弹机转运弹药的可靠性造成较大影响。针对这个问题,建立摆弹机系统弯扭耦合动力学模型,采用模态截断法将时变方程离散,根据炮弹姿态控制方程确定振型函数,运用四阶龙格-库塔法进行数值计算,考虑炮弹和摆弹臂耦合系统质量分布对振型函数的影响,研究了炮弹惯性效应作用下摆弹臂振动响应规律。研究表明:炮弹质心偏心距是影响摆弹臂振型函数的重要因素;炮弹质心偏离引起摆弹臂振动响应幅值增大,影响交接动作可靠性;减小炮弹质心离心距有利于控制上摆运动时间误差。研究结果可为摆弹机系统的设计和优化工作提供理论依据。

靶场试验中,常用连续波雷达测试弹丸着靶速度,初速雷达测试弹丸初速。当连续波雷达出现故障导致弹丸信号不完整时,就会缺失着靶速度数据,而着靶速度是影响立靶密集度计算的一个因素,因此准确预测出着靶速度就显得尤为重要。由于着靶速度具有很强的非线性特征,而神经网络模型具有很强非线性映射能力,能够准确预测出非线性特征,所以选择把着靶时刻前初速雷达测试的径向速度作为输入数据,连续波雷达测试的着靶速度作为输出数据,利用已测数据训练神经网络模型,再把信号不完整弹丸的径向速度代入训练好的模型就可以预测出着靶速度。引入GM(1,1)灰色模型和支持向量回归机模型作为对比,3个模型的预测值与实测值的误差结果表明,神经网络模型的预测精度最高且在2‰以内,是预测着靶速度的最佳模型。

某轻型无坐力炮采用钛合金内衬加缠绕碳纤维复合材料可减轻质量,需要研究复合身管强度设计方法确定缠绕角度、缠绕层厚度等结构参数。结合无坐力炮发射原理,由网络理论推导了缠绕角度公式及缠绕层的等效刚度,由双层筒理论提出了缠绕层厚度的求解方法。为了分析复合身管强度,建立了复合身管有限元模型,采用包络线加静态分析法和准静态分析法进行仿真分析,按准静态分析法得到的内衬等效应力最大值小于按包络线加静态分析法得到的结果,而按准静态分析法计算得到的缠绕层失效变量最大值大于按包络线加静态分析法得到的结果。经过射击试验验证该复合身管强度满足要求,提出的复合身管设计方法具有一定的参考价值。

电磁轨道炮的连发技术需要给其供电的脉冲功率源连续快速充放电。而这一过程的实现,需要对脉冲功率源中的高压电容器进行快速、可重复的充电操作,因此,充电电源的设计成为脉冲功率源系统设计过程中的重要一环,也是电磁轨道炮设计的一个组成部分。基于级联式模块化多电平变换器这一电路拓扑,设计了一种模块化的高电压电容器的充电电源,将其充电过程划分成了恒流充电和恒功率充电两个阶段;并在此基础上进行了用于电压保持的浮充部分电路设计和基于能量平衡的MMC半桥子模块间动态均压部分的控制设计。基于设计结果,通过仿真计算得到了充电过程的电压和电流波形,并验证了模块化电路结构的动态均压特性。

为满足新型武器系统训练需求,通过半物理仿真和虚拟现实相结合的方式,研制了一种新型弹炮结合武器系统模拟训练器。介绍了该模拟训练器的组成、功能和原理,详细论述了模拟训练器在训练方式、训练模式、训练科目规划、仿真训练功能、训练监控回放功能、训练评估功能等方面的设计;重点介绍了边缘云技术、多路高清视频编码传输技术、信息采集传输技术等关键技术。该模拟训练器具备示教、训练、考核多种功能,仿真效果逼真,针对性强,费效比低,具备通用化、轻量化等特点,对同类模拟训练器的设计开发具有较强的借鉴作用。

以某大口径火炮为研究对象,应用有限元数值仿真技术建立挤进过程弹炮耦合模型,对挤进过程能量转化与耗散规律进行了研究。通过Fortran二次开发结合ABAQUS/Explicit模块,计算得到摩擦耗散功率与塑性变形功率,通过对不同坡膛锥度的挤进模型进行数值仿真,获得耗散功率随坡膛锥度变化的规律,以摩擦耗散功率和塑性变形功率最大值为优化目标,以坡膛锥度为优化变量,采用线性加权法建立坡膛结构评价函数,利用多岛遗传算法求得最优值。通过对比分析对优化结果进行验证,结果表明:优化后的坡膛结构使得挤进过程摩擦耗散功率最大值与塑性变形功率最大值分别减小了6.1%和19.0%。

轨道炮发射过程中在轨道上积累的热量,对轨道炮身管寿命、炮口初速、身管动力学响应具有重要的影响。为避免不利效应在身管上累积,需要为轨道炮身管配备热管理系统。轨道上的热生成及主动降温分析工作需要联合使用多种有限元工具才能完成,并需要较为复杂的软件操作。通过分析轨道炮发射过程中热量累积的组成,获得轨道轴向上的温升,进而以典型轨道材料和轨道尺寸为基础,用分离变量法求解了轨道径向及轴向的热传导方程,讨论了在轨道轴向和径向的温度场瞬态分布特性,基于二者的分析对比,讨论了在设计轨道炮热管理系统时,轨道温度场分析过程的简化方法及依据。

根据气体炮的工作原理和特点,结合实际应用分析了气体炮理论的可行性和实用技术,建立其内弹道数学模型,推导实用的气体炮内弹道方程,经过理论计算,得到气体炮膛内压力、弹丸速度、弹丸位移的变化规律。在理论计算的基础上,研制了气体炮的原理样机,并设计了两种不同形状的弹丸,分别进行了不同压力下的发射实验,获得了射击精度更高的弹丸形状,测得了弹丸的膛口初速。理论计算结果与实验结果有较好的一致性,验证了理论模型的正确性。研究结果可为进一步开展气体炮相关研究提供理论指导。

以某运载火箭发射系统为工程背景,根据火箭弹发射过程流场流动特性,利用计算流体力学方法建立火箭发射装置发射流场分析模型。对发射箱迎气面上流场分布进行数值模拟,获得燃气射流对发射管位邻管的流场压强。通过实物样机的实弹射击试验获得该发射装置的振动特性和邻管压强测试数据,邻管流场压强数值分析结果与试验情况吻合良好,验证了仿真分析的正确性和有效性;试验获取的发射装置在不同弹种发射时的振动加速度规律基本可信,发射过程发射装置具有显著衰减效应,发射装置振动完全衰减的最大时间小于射击间隔,表明了发射装置结构设计合理,满足工程使用要求,为相关武器装备的仿真分析和实验测试提供了参考和理论依据。

从作战需求、使用寿命、使用情况、装备费效比及市场需求等方面简要阐述了防空高炮武器系统升级改造的意义、方向和方法,通过采用新技术、新成果对现役防空高炮武器系统进行适应性和针对性的升级改造,可适应更多样化的作战需求、弥补装备不足、延长装备使用寿命、降低体系建设费用、满足市场需求;从信息化作战、搜索与跟踪能力、火力打击能力、伪装隐身能力、电磁兼容能力、"六性"和"三化"等多个方面提出了改造方向和思路,并简要论述了升级改造的具体实施步骤,可为防空高炮武器系统升级改造工作提供参考和借鉴。

随着现代战场环境的复杂多变和无人机自主能力的不断提高,智能"蜂群"作战已成为各国科学技术与军事研究的热点。通过不断的深入研究,智能"蜂群"作战正在从概念走向雏形,作为一种全新概念的作战模式对未来战争的影响将是颠覆性的。从无人机对现代战争的影响出发,阐述了无人机从单机向智能"蜂群"的演变过程,介绍了智能"蜂群"的概念,论述了智能"蜂群"的发展历程,归纳总结了"蜂群"的作战优势和现阶段的主要投送方式。针对"蜂群"的智能化、集群化特点,重点分析了其应用场景、实战应用需解决的关键技术、未来的发展方向,旨在为智能"蜂群"的作战研究提供参考。

随着通信网络技术、先进计算与大数据技术、人工智能技术的发展,使防空武器装备的无人化、智能化成为可能。基于无人机动平台和陆基近程末端防空武器装备的技术现状,阐述了无人防空武器的发展趋势,构建了由无人机动平台、任务载荷系统和远程操控系统为基本模块的无人防空武器系统组成架构,建立了遥控式、半自主式和有监督自主式3种等级的操控方式。提出了由远程操控层、任务理解与决策规划层、任务载荷控制层和底盘控制层组成的分层递阶控制架构,可实现无人机动平台和任务载荷的自主控制。同时分析了无人防空武器研究所涉及的关键技术,对防空武器的无人化提供了技术支撑和解决思路。

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