为探究不同构型对射流稳焰燃烧室冷态流动特性的影响,文中在原有燃烧室构型的基础上提出了3种不同组合构型的射流稳焰燃烧室。首先对燃烧室模型进行网格无关性验证,确定最终数值模拟的网格数量,在此基础上对4种构型射流稳焰燃烧室进行冷态模拟研究,从速度流线、涡结构、湍动能分布、气相掺混度以及丙烷质量分数5个方面来分析模拟结果。研究结果表明:除构型3外,其余3种构型均能形成3对旋涡,分别位于燃料喷口处、空气射流孔的左侧以及燃烧室下游,其中构型2的旋涡结构较为独立,边界比较清晰。燃烧室主燃区(0~0.06 m)内,构型2的湍动能最大,丙烷质量分数最小,气相掺混度最高,表明该几何模型更有利于燃料与空气的掺混。燃烧室下游(0.06~0.40 m),4种构型的丙烷质量分数均比主燃区内低。
炸药对金属壳体加速能力是弹药毁伤威力及安全性评估的重要参数。简要分析了炸药爆轰时金属壳体加速过程,包括爆轰波加载、爆轰气体产物加载、壳体破裂后气体产物持续加载3个阶段,介绍了金属壳体加速能力的评价指标,指出格尼速度是目前应用广泛且准确性高的指标参数。总结了以Hardesty & Kennedy为代表的φ法、以Roth为代表的γ法、以Keshavarz为代表的组分法3类格尼速度计算方法,分析比较了各种方法的优缺点、计算精度及适用范围。从炸药组分及性能、壳体材质及厚度两个方面分析了炸药格尼速度的影响因素。指出建立非理想含铝炸药的格尼速度经验公式是未来的研究方向,采用格尼速度作为格尼方程参数计算弹药破片初速时应考虑壳体材质的影响。
为了分析梯形截面装药结构对聚能射流成型特性的影响,在Φ56 mm基准聚能装药药型罩及装药结构基础上,获得了梯形截面聚能装药。运用ANSYS/LS-dyna有限元软件对Φ56 mm基准聚能装药和所设计的梯形截面聚能装药的射流成型过程进行数值模拟,比较分析了聚能射流的形态特征及稳定性特性。结果表明:梯形截面装药结构起爆过程中由于爆轰波非对称性以及稀疏波的共同作用,导致所形成的聚能射流产生分叉,整体形态及稳定性较差。
为了探究等腰梯形截面形状对聚能射流成型的影响,进行了等腰梯形截面聚能装药射流成型相关数值模拟研究,开展了两种等腰梯形截面聚能装药射流成型脉冲X光摄影试验,结果显示:等腰梯形截面聚能装药爆轰波的传播以及药型罩压垮具有非轴对称性,成型射流具有一定的横向偏移现象,横向偏移的射流由分散的流体组成并具有横向速度;聚能装药的等腰梯形截面形状特征数越大,射流的横向偏移长度越大,射流更为分散,射流的横向速度越大;26 μs时,等腰梯形截面形状特征数为3.7的聚能装药形成的射流相比特征数为1.0的聚能装药形成的射流横向偏移长度增大128%,36 μs时,同比增大214%。
以承受轴向冲击的单孔管状药柱为例,利用ANSYS有限元分析软件,对存在断裂缺陷的药柱动态响应特性进行分析。通过对比4种不同裂纹缺陷情况下药柱位移分布情况,分析和探讨了裂纹缺陷形态对药柱完整性的影响,所得到的结论对于药柱损伤诊断和评价具有一定指导意义,同时也为分析复杂结构药柱裂纹缺陷提供了一种有效的途径。
针对捷联制导视线角速度估计不能完全解耦所导致的隔离度问题进行设计。首先提出了一种工程上比较容易实现的视线角速度估计算法;然后提出了制导部件时间同步算法以及基于半实物仿真的延迟补偿参数设计方法对视线角速度估计算法进行优化;最后,经过半实物仿真验证了该算法以及延迟补偿参数设计方法的有效性。仿真结果表明:该设计方法解耦效果较好,能有效抑制捷联制导视线角速度估计的隔离度问题。
针对冲压发动机双下侧90°进气的旁侧进气突扩燃烧室,加入凹腔(360°圆周)形成组合火焰稳定器,得到旁侧进气突扩凹腔燃烧室方案I;基于方案I将360°圆周改为270°圆周的凹腔,得到方案II。采用三维两相数值计算方法,针对两种燃烧室方案进行了设计点Ma 4.5,海拔高度26 km条件下的仿真计算,给出了燃烧室性能参数,同时对燃烧室的马赫数、静温、静压和涡结构分布等进行了对比分析。结果表明:凹腔火焰稳定器能够促进气流周向运动,提高燃料驻留时间,有利于气流与燃料掺混;凹腔对燃烧室入口上游流场影响较小,对凹腔段及燃烧室下游流场影响较大;燃烧趋向中心燃烧,近壁面沿径向存在温度梯度,合理利用有利于热防护。
一直以来,由于大规模图像种类繁多且形态各异,导致大规模图像识别领域研究发展非常缓慢。在深度模型中,卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)可以提取颜色、轮廓等浅层特征。随着层次的加深,其特征表述也由颜色、轮廓等特征逐渐抽象为整体特征。然而通过实验发现,网络的这种特征提取方式在提取整体特征时会出现一些不利于有效分类的“坏通道”。这种现象在大规模的图像分类任务中表现的更加明显。这些通道参与了网络的后续计算并且一定程度上降低了网络的性能。为了筛选出这些不利于分类的通道,提出了结合L1和L2范数进行特征选择的方法。通过对比多个网络模型的实验结果,该特征选择算法在大规模图像识别中具有更好的性能,并且可以提高网络的识别准确率。
通过CFD数值模拟分析某战术导弹舵面高频抖动机理。该导弹采用正常式气动布局,舵面靠近弹尾,发动机喷管位于弹体底部中央。在亚音速飞行试验中,固体发动机工作结束时,舵面出现异常高频抖动现象,机理不明。数值模拟分析结果表明:发动机工作结束时,弹体底部非定常分离流动随着发动机尾喷流减弱而增强,舵面在弹体底部非定常气动力激励下高频抖动。
针对超宽带天线的应用,设计了一种工作在1~18 GHz的双脊喇叭天线(DRHA),其方向图在全频带内不分裂,可以满足超宽带的工程要求。同时,为了提高DRHA的辐射特性,设计了一种3D打印的锥形全介质透镜。加载介质透镜后,天线在1~18 GHz频段的实测增益增加1~7 dBi, 3 dB的波束宽度减小,4~18 GHz频段的增益稳定增加。设计、加工并实测了带有介质透镜的DRHA,测量结果与仿真结果吻合较好。
针对智能弹药武器系统点火脉冲测试需求,提出了一种基于PXI架构的点火负载动态模拟系统设计方法,该系统采用上下位机模式,上位机基于Windows平台开发,用于实现点火负载特性参数配置、试验过程控制、实时显示与波形回放等功能;下位机采用FPGA主控,通过控制AD实时采集点火脉冲,由FPGA实现触发并计时控制功率电路的通断,从而模拟点火作用过程。试验表明:该系统可较为真实的模拟点火具作用过程,并且参数配置灵活、实时性好、精度高,在武器系统点火脉冲测试过程中具有较高的应用价值。
为了提高末敏弹目标识别能力和定位精度,文中采用线阵红外扫描探测方法,提出了一种目标识别和定位算法。相比于单元红外扫描,线阵红外扫描可以获取目标热区的尺寸信息,利用目标热区尺寸和温度信息识别目标,提高定位精度。对末敏弹线阵红外扫描地面上不同位置的目标和伪目标过程进行仿真,仿真结果表明线阵红外扫描探测方式可以提高目标的识别能力和定位精度。
水平弹射装置是空基发射平台中用以提升自身的弹射性能和降低对发射平台影响的核心部件。文中针对某活塞式水平弹射装置,以短时间、低过载、高平稳为目标,将非支配排序遗传算法应用于弹射内弹道的优化设计中,对装药量、初始容积、喷管喉径进行了系统优化。为了验证优化结果,采用优化后的参数开展了水平弹射试验,结果表明弹射过程时间减少了1.6%,出筒速度增加了14.5%,过载降低了6.1%,加速度标准差减小了48.4%,有效改善了弹射整体性能。编写的优化程序对多目标优化问题有较好的普适性,可根据设计需求提供多种优化方案,为弹射装置的改进设计研究提供了借鉴。
为研究超声速环境下云爆式子母弹分离过程与多体间的气动干扰,通过耦合求解流动控制方程、刚体动力学方程与运动学方程,对不同分离条件下分离过程进行了数值模拟,并对多体非定常流场特性、分离方案与作动形式对子弹运动过程的影响开展了讨论。结果表明:分离运动初期母弹凹腔内流场对子弹姿态影响显著,通过提高弹间分离初速或采用气囊式分离方案可以有效降低腔内流动的影响,另更早张开弹翼也可有效抑制分离过程中子弹的角运动,使子弹姿态趋于平稳,有助于提高分离安全性。
为了增强线性爆炸成型弹丸对穿甲弹的干扰作用,间接增强装甲的防护效果,采用ANSYS/LS-DYNA软件对一种组合式线性爆炸成型侵彻体干扰杆式穿甲弹以及被干扰穿甲弹侵彻后效靶板的过程进行了数值模拟,在只改变一种参数的条件下,以铜为药型罩材料,主要分析药型罩壁厚、曲率半径和装药高度对组合式LEFP干扰杆式穿甲弹的影响。结果表明,药型罩壁厚取0.06D~0.1D(D为装药宽度)干扰效果最好;当药型罩壁厚取0.06D,曲率半径取0.9D~1.2D时,LEFP的干扰效果随着曲率半径的增加而增加;不同装药高度下干扰效果对比得出,装药高度为0.9D,组合式LEFP的成型及对穿甲弹的干扰效果最好,为新型反导武器研究提供参考。
为研究典型丁羟推进剂在低压冲击作用下的点火机理,基于热点理论,建立了该型推进剂落锤试验的三维仿真模型,采用有限元计算方法和三项式点火增长反应速率模型对丁羟推进剂的落锤试验进行数值模拟,分析整个撞击过程中推进剂的点火反应和动态力学响应。研究结果表明,在整个撞击过程中,由于受冲击后推进剂径向变形,剪切应力集中分布在推进剂上、下表面边缘区域,摩擦应力产生局部热量集中形成热点,引起推进剂发生点火及爆炸。计算得到了,在落高为75 cm时,10 kg落锤撞击丁羟推进剂的起爆阈值为540.2 MPa2·s。
超音速分离线(SSSL)喷管技术是一种有着良好应用前景的推力矢量技术。由于其结构设计的特点,SSSL喷管在减轻喷管消极质量、结构布局、放大偏转矢量角等方面有着较为明显的优势,并且SSSL喷管内流场的流动特性与传统喷管有显著差异。为研究其流动特性、分析不同因素对内流场流动的影响,文中采用数值仿真的方法,对超音速分离线喷管在不同设计参数下不同摆角的内流场进行计算研究。结果表明:在合理的设计参数范围内,超音速分离线喷管具有偏转放大效应;摆角在0°至5°范围内时,轴向推力系数和侧向推力系数随着摆角的增大而减小;喷管扩张段扩张半角越大,偏转放大效应越好;分离线处扩张比越大,偏转放大效应越好。
针对舰船在海面受到反舰导弹攻击的问题,采用悬浮火箭将导弹导引至舰船外安全区域的方法进行规避。对于悬浮火箭的工作过程,提出一种控制方案,首先是利用仿真软件搭建悬浮火箭的六自由度仿真模型,为使悬浮火箭在爬升段、平飞段进行可控飞行,对姿态采用阻尼回路、姿态回路双回路反馈控制,对高度采用“高度+速度”的双回路反馈控制,同时对速度采用“速度+加速度”的双回路反馈控制。仿真结果表明,这种控制方案是可行的,悬浮火箭在悬浮阶段能够保持稳定的姿态,并能够控制高度与速度进行稳定飞行,弹道特性基本满足要求。
针对卫星导航信号姿态测量问题,根据阵列信号处理理论,分析了天线坐标系与卫星坐标系的关系,建立了以坐标旋转矩阵为参量的阵列信号模型,提出了矢量跟踪环路、单星观测MUSIC姿态谱估计及多星观测正交投影姿态谱估计理论。通过MATLAB仿真,讨论了信噪比、阵列孔径、卫星个数及卫星分布对姿态谱估计的影响。仿真结果表明:通过提高信噪比、扩大阵列孔径尺寸、选用分布均匀的多颗观测卫星可以显著改善姿态谱估计性能。
为提高高落速云爆弹云雾爆轰可靠性,设计了二次起爆装置及抛射机构,通过现场抛射试验的方法考核了抛射机构的强度及抛射可靠性。研究了抛射药质量、固定挡板的螺钉数量对二次起爆装置抛射速度的影响,得到了随抛射药质量增加,二次起爆装置的抛射速度逐渐加大,且二者呈幂指数关系;同时随着固定挡板的螺钉数增多,二次起爆装置的抛射速度逐渐减小。研究结果为合理设计抛射药药量及螺钉数获得理想抛射速度,实现对二次起爆装置的落点及起爆时机的控制提供理论支持及数据支撑。
研究了某型低慢小无人机的易损性,给出了对其毁伤的等级划分和超压毁伤判据。通过理论与数值计算结果的对比,确定了数值模拟建立模型、选用数据的准确性。多工况分析计算得出:爆破战斗部对低慢小无人机的毁伤效应,随弹目距离的增加而迅速减弱;弹目距离相同,毁伤效应先随弹目交会角的增大而增大,到一定角度后,再随角度的增大而减小。计算得出不同交会角下,爆破战斗部毁伤低慢小无人机的临界距离。研究了双爆炸冲击波叠加对低慢小无人机的毁伤效应,结果显示冲击波叠加效应对超压峰值和正压时间均有较大幅度的增益,说明多爆炸冲击波叠加对低慢小无人机蜂群的毁伤效应,具有研究价值,以及为后续研究奠定了一定的基础。
针对传统诸元解算方法耗时长、精度较差的问题,提出了一种基于PSO优化的激光末制导炮弹诸元解算方法。首先,根据作用在弹丸上的气动力和作用力,建立弹丸的六自由度模型,分析了气象条件对弹丸参数的影响;应用龙格-库塔法进行弹道解算,并给出气动参数辨识方法,对弹道进行校验;分析表尺、程装等参数对射程的影响;将参数作为待优化的变量,应用PSO优化得到最优解,作为射表相应的诸元取值。最后,对所提出的方法进行仿真及实际飞行实验验证,研究结果表明,所提出的方法具有较高的精度,实际飞行试验均命中靶标。
为充分利用无源定位隐蔽性好、抗干扰能力强、作用距离远等优势,推动其在军事方面的应用发展,开展双机无源定位高精度定位区间分布仿真研究。通过数学建模与仿真软件,分析基线长度、法线倾角、目标距离、定位张角等因素对定位精度的影响,仿真研究双机定位时满足预定精度要求的区间分布与载机相位条件。仿真结果显示,定位精度要求一定时,满足要求的双机定位引导区间成扇形分布,且扇形区域面积与双机间距、信号频率成正比。提出的双机无源定位飞行方法及武器发射角度确定方法能够帮助判别当前目标所处区域是否满足精度要求,促进无源定位在军事方面的应用发展。
