弹丸角运动物理仿真高速陀螺模拟装置

该文利用三自由度高速陀螺模拟装置来模拟弹丸的角运动,开发了基于虚拟仪器技术的测控系统,建立了弹丸角运动仿真系统,能够同时对高速陀螺模拟装置3个转轴转速进行实时测量和控制,自转角速度最高可达24000r／min,实现了对弹丸角运动的实时物理仿真,为再现弹载机构运动规律,研究弹道环境对弹载机构的受力和运动规律的影响提供了重要的实验手段,并已在多种引信系统设计和故障分析中得到了成功应用。     

弹目相对方位的图像与陀螺组合测量方法

针对现有修正弹药中弹目相对方位探测精度较低的不足,该文结合图像敏感器（CCD）和微机电陀螺（MEMS）的特点,设计了利用CCD与MEMS陀螺组合测量弹目相对方位的方法。该方法以弹丸姿态运动方程为基础,根据弹丸全弹道下CCD的成像轨迹和MEMS陀螺测得的弹丸姿态角,计算得到了弹目相对方位参数。计算机仿真和转台试验结果表明,该方法能够较准确地测量弹丸与目标的相对方位,精度可达±0．4°。     

高速弹丸侵彻靶板能力及影响因素的数值研究

为改进和提高穿甲弹的侵彻性能，给弹丸设计过程中的参数优化提供理论依据，利用非线性动力有限元分析程序，对高速弹丸侵彻均质靶板进行了数值模拟。通过对弹丸侵彻靶板各种影响因素的数值模拟以及对计算结果的分析表明，弹丸对靶板的侵彻能力不是取决于它的整体功能，而是当靶板参数和弹材固定时，可用弹丸初始横截面积比动能来标志，数值模拟结果与现有的经验公式符合很好。     

攻角对长杆弹高速斜侵彻性能的影响

为了提高穿甲弹的侵彻性能,研究了攻角对杆式弹侵彻性能的影响规律。利用非线性动力学有限元分析软件,对长径比为21的钨芯长杆弹高速斜侵彻匀质钢板进行了一系列数值模拟,得到了侵蚀杆式弹侵彻半无限靶板时弹靶系统的变化过程。理论计算及数值模拟均表明,带攻角侵彻时弹道轨迹向有利于穿透靶板的一侧偏转。通过对剩余动能、侵彻深度、剩余速度、穿透时间各因素的分析,得出了对长径比为21的钨合金杆式弹穿深有利的攻角范围为-0.2°δ0°,给弹丸设计及发射过程中的参数优化提供理论依据。     

弹载滚转稳定平台运动稳定性分析及试验验证

适用于高过载、高旋转弹药的滚转稳定平台有效解决了该类弹药的导航参数测试问题。该平台基于复摆运动原理设计,通过分析内弹道环境下平台的抗过载能力,以及在外弹道飞行过程中平台受力状况,对其内筒运动稳定性的影响,设计了轴向负荷承载区的过载转移装置。建立了平台在弹载环境下内筒运动的微分方程。通过对弹药的气动力仿真,以及系统动力学模型的计算,得到平台内筒滚转角速率与角度变化曲线;并在冲击台与高速飞行仿真转台上进行相应验证试验。试验结果与计算结果对比,表明平台可抗过载10 000g,且弹载环境下内筒作小幅的往复摆动,符合复摆的运动规律,其运动状态稳定。     

弹载自测速修正的炸点控制技术

弹丸初速是影响弹丸空炸精度的重要参数之一。针对弹丸初速度大小呈散布性特点提出了一种通过弹载自测速实时修正引信作用时间的炸点控制方法。设计了弹载自测速系统并分析了提高测速精度的关键因素。以弹丸水平射距为修正前提,通过弹载自测速和一次函数修正法构建了弹丸炸点控制技术。靶场试验表明在水平射距为1 500 m的空炸试验中炸点平均误差为9.6 m,这比不经过时间修正的试验中的平均定距精度提高了一倍多。该炸点控制技术有效地提高了弹丸炸点的精度并可为智能引信的设计提供参考。     

高动态和角速率输入下捷联算法比较研究

在常规弹箭上应用固态微惯系统具有重要意义.该文研究各种航姿算法对常规弹箭高动态运动特征的适应性.以高动态规则进动作为运动输入,仿真四元数航姿算法和旋转矢量多子样算法的漂移.误差分析和数值仿真结果表明:高动态环境下,引入了角速率项的旋转矢量修正二子样算法能较好地适应由新型固态陀螺构建的捷联系统.     

高速模拟钢质弹丸侵彻多层靶仿真

利用显式动力有限元程序对用37火炮发射的着靶速1300m／s左右钢弹侵彻大间隔多层A3薄钢靶板的过程进行了数值模拟，分析了弹速、弹重、弹形等影响因素对侵彻过程的作用规律，计算结果和实验结果得到了较好的吻合。研究表明，弹丸的比动能是衡量弹丸侵彻能力的重要参数，在一定的弹丸速度范围内，当弹靶材料和靶板结构固定时，弹丸的侵彻能力是由弹丸的比动能所决定的。     

高速冲击下胀环结构缓冲器关键参数对缓冲效能影响的数值模拟

本文在介绍胀环结构缓冲器降低弹载设备过载原理的基础上,应用LS-DYNA对其两个关键参数壁厚和半锥角进行数值模拟,得到弹载设备过载值随参数变化的关系. 结果表明:弹载设备过载随半锥角和壁厚呈线性变化关系,且半锥角α=24°、壁厚t=5 mm时,可获得最优缓冲时间.     

质心位置对旋转稳定弹丸稳定性的影响

本文在分析质心位置对章动角、空气动力和力矩系数影响的基础上,研究了质心位置对旋转稳定弹丸的动态稳定性、陀螺稳定性和追随稳定性的影响。提出了提高射程和减小散布的弹道匹配问题,以及进行火炮弹丸系统总体设计稳定性计算的具体方法。说明了在弹道匹配中注意动力平衡角、起始扰动幅值和衰减指数的原因。着重指出了利用改变弹丸质量参数获得稳定性的意义。     

大长细比导弹气动弹性数值计算研究

采用一体化求解非定常N-S方程、结构变形方程及角运动方程的方法,研究结构参数和质量偏心对导弹的弹性运动和角运动的影响.算例结果表明:使用动网格技术和非定常N-S方程求解器能够实现气动、结构和角运动方程的一体化求解;在高马赫数下,结构变形不大时,结构振动变形所引起的非定常气动力较小,对导弹的角运动影响不大;存在质量偏心的导弹,当转速等于角运动的振动频率时,会发生共振现象.     

超空泡壳结构航行体尾拍分析

完善并扩展了一个尾拍计算公式,分析了射弹的转动角速度,发现角速度随时间的变化趋势并非先增大后减小,而是直接减小．研究了超空泡壳结构航行体在匀速、加速和减速情况下的尾拍,讨论了不同航速下重力加速度对匀速航行体尾拍的影响．结果表明：航行体转动角速度和冲击力的振幅随时间总趋势是减小的;对于不同航速下的匀速航行体,航速越大,转动角速度和冲击力的振幅越大;重力加速度对高速超空泡航行体的尾拍影响很小．     

基于锁相跟踪和惯组的旋转弹滚转角估计方法

为解决微惯性测量组合测量旋转弹滚转角的问题,在对旋转弹角运动特性进行分析研究的基础上,建立微惯性测量组合测量滚转姿态的数学模型,提出基于锁相跟踪算法和微惯性测量组合的旋转弹滚转角估计方法. 该方法对基于三阶锁相环的锁相跟踪算法及其特性进行研究,根据旋转弹角运动特性和微惯性测量组合测量信号特性确定三阶锁相环环路滤波参数,并建立基于三阶锁相环和微惯性测量组合的旋转弹滚转角估计模型,即可根据模型进行锁相跟踪计算得到滚转角. 仿真结果表明,三阶锁相跟踪环路能对旋转弹滚转信号进行有效跟踪,并能够通过微惯性测量组合估计滚转角速度和滚转角,满足旋转弹滚转运动姿态提取的要求,有较大的实用价值.      

YAG透明陶瓷复合靶抗弹机理研究

透明陶瓷是兼具较好的力学和光学性能的新一代透明防护材料，在低面密度、高透过率、高防护能力的透明装甲方面有重要的应用前景. 为探究YAG透明陶瓷复合靶抗弹机理，本文基于弹道枪测试平台与高速摄影技术，获得了12.7 mm穿甲燃烧弹冲击YAG透明陶瓷复合靶的弹靶冲击瞬态作用过程，确定了透明陶瓷复合靶各层损伤特征与弹体的破坏形态，测定了背板背凸量. 在此基础上，利用AUTODYN动力学有限元模拟软件，建立了YAG透明陶瓷复合靶抗制式弹过程的有限元模拟方法，探究了典型结构透明陶瓷复合靶的抗弹机理，并分析了透明陶瓷与聚碳酸酯层厚度变化对其抗弹性能的影响规律. 研究结果表明，透明陶瓷复合靶依靠透明陶瓷面板的高强度破碎弹体以有效消耗弹体冲击动能，玻璃层消耗陶瓷锥的冲击能量，背板吸收残余动能，从而实现低面密度的透明防护；透明陶瓷面板的增加能够更为有效地破坏弹体，从而实现提高装甲防护能力的目的；聚碳酸酯在一定的厚度范围区间能实现复合靶较低面密度的高效防护作用.      

不同头部形状弹体高速侵彻混凝土试验研究

为研究高速撞击条件下弹体侵彻能力、弹体侵彻极限速度、弹体质量损失等问题,在高速弹道炮上开展了不同头部形状弹体对混凝土靶体高速正侵彻的模型试验,试验最高弹速达到了1 420 m/s,获得了侵彻深度与侵彻速度之间的关系. 结果表明,随着弹体速度的增加,弹道的稳定性逐渐变差,弹体头部侵蚀加重,当弹体初速度大于弹体极限速度时,弹体出现弯曲破坏,侵彻深度下降;不同的头部形状对弹体弯曲变形、弹体头部侵蚀、弹体侵彻深度有着很明显的影响.     

一种共轭凸轮的组合型高级运动规律

介绍一种新颖的共轭凸轮设计方法,以机构的运动特性指标为研究对象,按照特殊工艺要求的边界条件拼接组合8次多项式凸轮曲线.针对高速剑杆织机的空间引纬机构,应用组合法与有限差分法对多项式加速度曲线进行修整,设计引纬共轭凸轮机构,运用Pro/E建立三维模型虚拟样机,并在ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanic System)环境下进行运动学仿真与分析.仿真结果显示,该方法设计的共轭凸轮机构能够满足高速引纬的工艺要求,具有更好的运动特性指标.此共轭凸轮机构传动稳定可靠,运动准确,运动规律在整周期内均属积极性质,无刚性、柔性冲击,可达到最理想的工艺效果.     

高速电主轴系统的极小子样试验评估方法研究

针对数控机床这类高可靠性产品的寿命实验数据极少的情况,为了提高数控机床高速电主轴系统的可靠性寿命评估精度,基于性能退化可靠性评估的理论对高速电主轴系统进行了机械应力仿真加载试验.对高速电主轴的退化数据,借助MATLAB软件利用最小二乘法对样本的退化模型参数进行估计,得出一次伪失效寿命.应用虚拟增广法和半经验评估法相结合的可靠性评估方法对高速电主轴系统进行了可靠性评估,得出了高速电主轴系统的平均无故障寿命均值的置信区间.与单纯地采用以往的半经验评估法进行可靠性评估的结果对比,进一步提高了高速电主轴系统在试验样本极小的情况下的试验寿命评估精度,为高速电主轴系统的可靠性研究提供了更加合理有效的评估方法.     

Al/PTFE活性材料弹丸冲击/爆燃行为数值模拟研究

针对活性材料冲击/爆燃释能行为的定量研究问题,基于AUTODYN软件的二次开发功能,编写了适用于活性材料的状态方程、点火模型及整体反应度计算子程序,实现了对活性材料弹丸在高速侵彻过程中爆燃反应行为的数值模拟.通过对Al/PTFE活性材料弹丸高速碰撞2024铝合金间隔靶板的数值模拟,得到了碰撞过程中活性破片的形貌演化规律,以及粒子反应度、温度、压力等参量随时间的变化曲线,进而实现了对活性材料冲击/爆燃释能行为的定量分析. 结果表明,反应度随时间的变化趋势与试验中活性材料弹丸释能发光的变化趋势一致,温度计算与先前试验结果相符,说明该数值模拟方法可以很好地反映Al/PTFE活性材料弹丸在高速撞击过程中的冲击/爆燃释能过程.      

弹体斜侵彻多层间隔混凝土靶实验和数值模拟

为研究弹体侵彻多层间隔靶的弹道稳定性问题,设计了钢筋混凝土多层间隔靶,开展了弹体斜侵彻实验,通过高速摄影运动分析系统,得到了弹体侵彻多层靶过程的弹道变化参数.采用LS-DYNA软件,再现了弹体侵彻多层靶实验过程,得到的弹道变化参数与实验结果吻合较好,验证了本构模型的可靠性.同时,数值模拟研究了不同半锥角对尾裙弹体侵彻多层靶稳定性的影响规律,得到了弹道稳定的尾裙弹体最优半锥角.