抛放弹弹射机构优化设计

该文应用内弹道、气体动力学和优化设计理论建立了抛放弹弹射机构的优化设计模型。针对某一类型的弹射装置，应用复合形优化方法对影响悬挂物(导弹或炸弹)的弹射性能的若干参数进行了优化设计。计算实例表明，通过优化设计得出的设计变量参数，可以使悬挂物的最大弹射加速度明显减少。该优化设计模型为改进现有型号的气动力工作性能提供了有力工具。     

相关分析在水下枪械内弹道计算中的应用

针对水下枪械的枪口速度与后效期的最大速度有较大的差异,常用的内弹道计算已不适用,建立了水下枪械内弹道模型,分析了水下枪械内弹道符合计算的难点,提出了在水下内弹道计算中采用相关分析法确定符合计算参数。计算实例表明,该方法可缩小协调参数的范围,提高模型的计算精度,为水下枪械内弹道计算建立了新的方法。     

结构参数对燃气-蒸汽弹射载荷和弹道影响

为了研究结构参数变化对载荷和弹道的影响,采用混合多相流模型、Re-Normalization Group(RNG)k-ε湍流模型对潜射导弹燃气-水蒸气弹射动力系统发射过程进行了计算分析,并针对2级喉径和喷水孔直径对载荷和弹道的影响作了对比研究.结果表明:燃气-蒸汽动力系统装置可以有效地建立喷水压差;若2级喉径过大,燃气多数从喷管流出,不能建立喷水压差;2级喉径过小,导弹发射稳定性差;另外,若喷水孔直径过大,发射初期冷却水流量较大,会延迟导弹发射时间;喷水孔直径过小,发射筒载荷不平稳,导弹发射稳定性差.研究结果可为燃气-蒸汽弹射动力装置设计提供参考.     

初容室容积对燃气弹射载荷与内弹道性能影响

为研究初容室容积变化对燃气弹射载荷与内弹道性能的影响,建立了含二次燃烧和尾罩运动边界的二维轴对称数值模型。在实验数据验证模型可靠性的基础上,研究了初容室容积变化导致流场结构和二次燃烧核心区域改变的机理,分析了弹射过程中影响建压的主导因素,得到了不同初容室容积下的流场、载荷和内弹道性能规律。结果表明:随着初容室高度的增加,燃气射流反射点由筒底转移至筒壁面,二次燃烧核心区域由发射筒上部转移至下部;对于弹底初始冲击压力峰值,容积因素占据主导,对于二次压力峰值,总压因素占据主导;导弹加速度峰值和出筒速度先减小后增加,出筒时间先变长后变短。实验装置初容室高度增加100mm,为最优内弹道设计方案。     

抛投式机器人低过载弹射装置优化设计

为降低抛投式机器人在弹射过程中受到的冲击,实现低过载弹射,设计了高低压弹射装置,建立了高低压弹射内弹道模型. 提出距离相关的改进文化算法,根据信仰元优良率和信仰元与父辈个体变量之间的距离寻找目标信仰元,指导个体进化. 利用改进的文化算法对高低压弹射装置进行优化设计,优化计算结果表明高低压弹射过载大幅度降低,距离相关的改进文化算法不容易陷入局部最优解,弹射试验验证了优化效果.      

双钢轮振动压路机行走速度稳定性分析

为了改进双钢轮振动压路机行走速度的稳定性,进一步提高路面的压实质量,从组成行走系统各部件工作特性对行走速度稳定性的影响进行理论分析和试验研究。通过对双钢轮振动压路机行走系统分析,得到影响压路机行走系统速度稳定性的若干因素;通过频域分析得到双钢轮振动压路机行走液压驱动系统的数学模型,给出了双钢轮振动压路机行走系统速度刚度的理论公式和行走系统的传递函数模型。研究结果表明:双钢轮振动压路机行走系统速度稳定性的主要影响因素有行走系统各组成部分的减速比、行走液压系统的动态特性、轮边减速器的工作效率以及发动机的调速及匹配特性;通过对压路机行走系统进行合理匹配,提高行走液压系统及轮边减速器的工作效率,改善发动机的调速特性以及微调行走泵排量等措施,能够在一定程度上提高双钢轮振动压路机行走系统的速度稳定性;压路机行走系统由比例部分、一阶微分部分、二阶微分部分构成,其中比例部分参数取决于钢轮的轮边减速器,一阶微分部分是由行走液压系统的油液泄漏及其体积压缩引起的,二阶微分部分是一个比较复杂的二阶系统,主要受液压系统参数和行走系统结构参数等的影响。该分析为双钢轮振动压路机行走系统的参数匹配和性能优化提供了理论依据。     

枪弹穿甲过程仿真的有限元接触模型与分区并行计算误差特性

为了提高小口径普通钢芯弹和穿甲燃烧弹侵彻均质钢靶板的仿真分析精度,分析了接触力罚函数算法的接触刚度参数和接触摩擦系数对弹道极限速度计算值的影响,分析了通过不同的并行计算系统得到的弹道极限速度计算值的差异及其统计规律。研究结果表明:多部件间的接触力罚函数的接触刚度参数分别设置与优化方法可以提高弹道极限速度值的计算精度;接触摩擦系数的不同设置值对穿甲燃烧弹侵彻较厚靶板的弹道极限速度计算值有显著影响,需探索多部件间的接触摩擦系数的准确定义方法;由于分区并行计算过程中多个区域的数据交换及参与计算的顺序的随机变化会导致计算结果的不一致,并行计算的弹道极限速度值存在离散性,需在同一入射速度下进行多次重复计算,并基于统计分析确定可靠的弹道极限速度值。     

跨介质弹体出水稳定性

研究弹头构型、发射角及弹射速度对弹体跨介质稳定性的影响机制,为多样化弹道跨介质兵器/飞行器的设计提供试验及理论支持.开展弹体跨介质出水试验及数值仿真,经瞬时图像集解析获取弹体跨介质偏转角变化量及运动轨迹,构建高精度气/水跨介质数值模型,揭示弹体穿越气/水界面过程中弹头构型、发射速度、发射角对弹体承载分布及跨介质稳定性的作用机制.研究结果表明,弹体气/水跨介质数值模型计算误差<5%;同一弹体跨介质出水稳定性随发射速度、发射角增大而提高;相同发射工况时,各弹头构型跨介质出水稳定性：圆弹头>90°锥形头>120°锥形头>平弹头;跨介质弹体表面液膜形态对称性越好、液膜面积变化量越小则有利于减少弹体跨介质径向载荷振幅,提升跨介质稳定性.     

阻力伞-灵巧子弹系统气动及稳定性研究

为研究阻力伞-灵巧子弹系统空气动力学特性及气动特性对系统飞行动稳定性的影响,应用系统动力学和计算流体力学对非轴对称弹体外形进行了对比仿真,分析了子弹和阻力伞气动流场,与风洞试验进行了对比;为优化伞-弹系统气动特性,提高打击效率提供了数据支持,同时建立伞-弹弹道模型进行系统弹道仿真,归纳了气动数据、开伞时间对系统动稳定性影响规律.结果表明非对称外形对子弹气动特性影响不大,系统气动特性稳定,合适的开伞时间和气动参数对动稳定性有一定影响.      

导流锥与环形隔板空间位置匹配优化数值研究

为优化导弹燃气弹射过程中的内弹道载荷,采用RNG k-ε湍流模型、有限速率/涡耗散模型和动态分层动网格技术,建立了耦合导弹运动和二次燃烧的数值模型。在实验数据验证模型可靠性的基础上,解耦分析了导流锥冲击高度和环形隔板布置高度变化对发射筒内压力及温度载荷的影响规律,得到了一组较优的参数组合。结果表明:两者不合理的空间位置匹配会引起筒内流场结构紊乱,筒底和弹底压力出现激烈的震荡;两者的变化均会引起弹底温度曲线出现小幅度的波动;但温度峰值基本不变。当冲击高度与实验装置相同、布置高度为300 mm时,弹底压力曲线平稳性最优,且筒底压力无震荡,此时加速度峰值减小12.5%,出筒速度减小2.4%,出筒时间延长3.7%。     

结构参数耦合特性下的燃气弹射内弹道性能预示

现有文献分析结构参数对内弹道性能影响主要基于单一变量法,未从全局考虑参数的耦合特性。建立了从内弹道反向设计方程到正向计算方程的一体化模型,考虑结构参数耦合关系,提出了内弹道设计方程的修正方法,分析了以空间尺寸和时间2个维度为基准的内弹道性能变化规律。仿真结果表明:设计方程推导中的简化造成了较大的截断误差,对理想喉部截面积具有放大作用,且随着低压室直径的增加,放大作用越明显;在设计的出筒速度、高压室工作压强下,低压室直径和高度越小,喉部截面积越小,导弹受到的冲击荷载越大,出筒时间越短;通过选择合理的低压室尺寸能使低压室最大压强和导弹最大加速度任意可调。     

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.      

黄土中爆炸振动波的力学参数研究

炸药装药的土中爆炸波的传播和衰减规律是个很复杂的问题。由于土壤介质的复杂性和多样性,很难有统一的方法来预测其力学参数,如爆炸振动波的传播速度、土壤的动态力学特性和土中弹道的介质特性等;但这些力学参数在爆炸波衰减、破坏区域和土中弹道计算中,却是非常重要的;因此有必要给出它们的分析方法。针对我国渭河滩黄土土壤,研究爆炸波引起的土壤振动传播规律及力学参数的问题,以便为相关工作提供理论参考。     

枪管内膛损伤对弹头外弹道过程的影响研究

为研究枪管内膛损伤对弹头气动特性及外弹道过程的影响,基于系统的12.7 mm机枪枪管寿命试验获得的内膛损伤规律,建立了损伤枪管的有限元模型并获得了枪管在4个寿命阶段所发射弹头的表面形貌状态.采用基于剪应力输运（SST）k-ω湍流模型的计算流体力学（CFD）方法对不同表面形貌的高速旋转弹头的气动参数进行了数值计算.采用均匀设计方法安排随机因素影响下的弹头内弹道计算过程,获得了各阶段弹头膛口扰动随机响应状态.建立了弹头6自由度刚体外弹道模型,结合弹头的气动参数和膛口扰动状态对弹头外弹道过程进行编程求解,获得了100 m处各寿命阶段枪管所发射弹头的散布圆半径和椭圆弹孔率,最终计算结果与试验数据吻合较好.计算结果表明:弹头初始扰动在枪管寿命末期的迅速增大,以及大攻角下弹头所受气动力压力中心的前移和马格努斯力矩的增大等,是造成枪管寿命末期弹头飞行稳定性降低及枪管迅速寿终的主要原因.      

埋头弹内弹道过程分段建模方法的研究

为了简化埋头弹的内弹道模型,将埋头弹内弹道过程分为两个阶段。结合经典内弹道和高等内弹道理论,并应用两相流体力学模型和计算流体动力学技术,分别建立了埋头弹传火管零维模型和身管内一维两相流模型,并利用MATLAB软件进行了数值模拟,获得了内弹道参数在弹后空间的分布情况,为分析埋头弹内弹道性能提供了一种新的建模方法,为埋头弹装药结构的修正和优化提供了理论指导。     

丝团抛撒驱动技术研究

为深入研究在膛内最大压力作用下,活塞式驱动机构驱动丝团抛撒的运动特性,以及丝团在膛内运动规律,推导建立了丝团膛内运动的弹道模型。以MATLAB数值计算软件为基础,基于四阶龙格库塔算法编写相应的计算程序对模型进行数值求解。进一步通过靶场试验对丝团出膛口速度进行测量,获得的试验结果与数值计算结果吻合程度较好。结果表明计算模型的合理性,可以为深入设计驱动结构及优化丝团散布特性提供参考。     

人-电动助力车系统结构参数稳定性分析

基于电动助力自行车全局结构参数模型并引入人体质量参数、路面坡度及外部载荷等因素，得到全面且完整的人-车系统动力学方程. 利用二阶微分方程特征值来分析人-车系统稳定性并在此基础上划分出人-车系统的5种骑行车速区间. 定义了6个系统稳定性评价指标，以此来分析不同结构参数对系统稳定性的影响程度. 引入了量纲一的区域灵敏度指标和区间车速灵敏度指标，来表征结构参数对不同运动模式区域及系统骑行自稳定性的影响，基于相关性分析对区间车速灵敏度指标进行区域分类并对不同结构参数与系统自稳性能的关系进行解释说明. 结果表明，系统主要结构参数、人体不同姿态角及不同路面坡度角等参数对系统车速区间及系统自稳性的影响程度有着显著差别，可以使用灵敏度指标来表征系统结构参数对系统稳定性的影响程度，灵敏度参数的大小能够反映系统稳定性的强弱.      

垂直弹射系统弹射初始阶段内流场数值分析

针对燃气活塞弹射装置在垂直发射系统中的应用,采用计算流体软件Fluent的源项法,用UDF(用户自定义函数)编译来实现火药燃气的质量、动量、能量向高压室的注入,对弹射初始阶段高压室和低压室内燃气流场进行了数值分析,得出以下结论:高压室压力在破膜前快速上升,破膜后缓慢上升的趋势,在高压上下两端压力应力集中,低压室呈中间和两端压力应力集中现象,同时高压室形成的低速燃气经导管产生激波形成超声速燃气流撞击低压室,并分析了压力和速度对弹射装置的影响。计算结果表明,该方法能够较好地仿真弹射装置燃气流场的特性,为弹射装置优化设计和装药设计提供理论依据。     

基于外弹道模型的导电纤维丝束落点散布研究

为研究短路毁伤元-导电纤维丝束的落点散布规律,根据子母弹抛撒外弹道理论和丝束展开及飘落运动特性,并重点考虑到丝束运动过程中抛撒速度的散布对其落点的影响,建立了丝束从抛撒到落地的外弹道模型.通过蒙特卡洛法选取丝束抛撒过程中的抛撒速度并代入模型进行了求解.计算结果表明,丝束散布范围、散布半径等参量与飞行试验结果基本吻合,证明了本模型具有应用参考价值.      

高压输电铁塔有限元模型的环境灵敏度分析

基于随机响应面法建立了高压输电铁塔灵敏度分析模型.利用BoxBehnken设计法,选取风速和覆冰厚度作为灵敏度参数,用随机响应面法将其隐式的灵敏度响应函数转换成显式函数,利用有限元计算结果验证所得显示函数正确性,并得到风速、覆冰厚度对输电铁塔不同位置的响应面图,可以直观分析出灵敏度及其变化.利用得到的显示函数,可以数值化风速及覆冰厚度对输电铁塔的影响率及变化率.证明响应面法在输电铁塔有限元模型灵敏度分析方面的应用价值,为以后更多交叉响应参数的灵敏度计算提供参考.