一种简化的弹道方程模型研究

弹丸在飞行过程中受到空气动力的作用,空气动力的系数也难以确定,这造成弹丸运动方程非常复杂.从空气动力对弹丸的作用效果出发来分析空气动力的变化,然后根据弹丸在飞行过程中受到的空气动力提出了一种简化的弹道方程模型,并通过对某射表的分析计算验证其有效性.     

非标准条件下旋转弹丸刚体外弹道的建模与仿真

为研究非标准条件下高速旋转弹丸的刚体外弹道性能,基于坐标变换理论建立了地球曲率影响下的外弹道数学模型,分析了自然风对弹丸气动力及气动力矩的作用,并在考虑气温气压及重力加速度变化的基础上得到了非标准条件下旋转弹丸的刚体外弹道模型。利用该模型对某105mm榴弹外弹道进行仿真,结果表明:地球曲率引起旋转弹丸外弹道性能参数值少量增加,且增加量随弹丸射程的增大而增加,验证了自然风对弹丸动态稳定性有较大影响,进而影响弹丸的各弹道参数的结论。     

自然风对旋转弹丸外弹道性能影响的仿真研究

为研究自然风对旋转弹丸外弹道性能的影响,基于坐标变换理论考虑了地球曲率变化对刚体弹道模型的作用,分析了自然风对各气动力和气动力矩的影响,建立了非标准条件下的刚体外弹道模型。应用该模型对某105mm榴弹不同风速、风向下的外弹道过程进行仿真,结果表明,自然风对飞行弹丸的攻角姿态有较大影响,进而影响弹丸的射程和方向偏移量;自然风对弹丸攻角姿态的影响在弹丸飞行的初始阶段风速大小起主要作用,而在弹丸飞行的中间阶段则是风矢方向起主要作用。     

滑翔增程炮弹弹道仿真与优化设计

根据滑翔增程炮弹的空气动力特性和飞行弹道特性,通过对滑翔弹道的理论分析,采用控制鸭舵技术,实现炮弹的增程。经过仿真优化可以得到最佳初始射角、助推发动机的最佳点火时间及作用时间、鸭舵的最佳展开时间以及控制系统进行飞行姿态控制所需的最佳摆动角曲线,理想情况下最优滑翔控制模型可使射程达到不进行滑翔控制时射程的1.5-2倍,所得结果对滑翔弹丸的气动力设计及控制系统设计具有一定的参考价值。     

无伞末敏子弹大攻角非线性空气动力和力矩模型

以无伞末敏子弹为背景,分析了描述大攻角飞行弹丸横向运动和角运动的运动变量,建立了大攻角情况下弹丸所受非线性空气动力和空气动力矩的模型,推导出了复数形式的弹丸横向运动与角运动方程。数值积分计算表明,弹丸在特定非线性空气动力和力矩作用下,能够形成所需形式的扫描运动,证明所建力学模型正确合理,可以用于无伞末敏子弹动力学特性的分析与计算。     

二维弹道修正弹修正方法

为提高弹箭密集度,采用阻力修正原理进行纵向距离修正;增设阻尼片,调节炮弹的极阻尼力矩来改变炮弹旋转速度,进而调节偏流大小来实现侧向弹道修正,是一种低成本的二维弹道修正技术。基于牛顿流理论、经验公式和风洞实验数据提出了组合式二维修正机构弹道修正弹的扩增阻力系数和扩增极阻尼力矩系数计算方法,对不同阻力环、阻尼片结构的气动力进行了数值计算分析。分析了组合式二维弹道修正弹的侧向弹道修正原理,建立了其飞行弹道数学模型,对阻力环、阻尼片机构在飞行弹道上不同位置处作用对应的射程修正量、侧向弹道修正能力和动态飞行稳定性进行了数值计算。结果表明:该二维弹道修正技术可以满足对弹道纵向和侧向偏差修正的需求,且不影响炮弹的飞行稳定性。     

空气动力和直接侧向力复合控制的拦截弹飞行力学及稳定回路模型

以大气层低层拦截导弹为研究对象,建立了飞行力学模型,进行了空气动力与力矩燃气动力的复合控制回路分析设计,进行了实例计算与仿真。     

考虑几何及力和力矩非线性时弹丸运动方程的研究

从矢量形式的六自由度弹丸运动方程组出发,推导出了在全部力和全部力矩作用下考虑几何非线性及力和力矩非线性时的弹丸运动方程组,并导出了其用于数值计算的柯西标准形式,得到了攻角和进动角的计算表达式.此动力学模型可用于弹丸大攻角飞行时的弹道计算及某些灵巧弹药(如末敏弹)的设计.     

某底排火箭复合增程弹解体弹丸飞行阻力特性分析

某底排火箭复合增程弹为分体式结构,战斗部与发动机壳体通过螺纹联接,一次试验中弹丸在火炮约束期和半约束期内发生解体现象,弹体在与发动机壳体螺纹连接的根部发生断裂,通过对参试弹丸的相关参数和弹道跟踪雷达测得速度-时间曲线研究,以1943年空气阻力定律和炮兵用标准气象条件为研究方法,对解体前、后级弹丸的弹道参数和飞行阻力特性进行分析计算,还原了解体弹丸的实际弹道参数和飞行阻力特性,通过对分析结果与试验结果进行对比,分析结果与试验测得结果吻合较好,文中提到的研究方法可为弹丸弹道解体或零部件脱落的故障归零提供理论依据,在工程实际应用中有一定的参考价值。     

电磁炮外弹道仿真分析

电磁炮初速高、射程远,其外弹道与常规火炮不同。为获得电磁炮的外弹道数据,开展了仿真研究。采用龙格-库塔法解算弹道方程组,计算不同仿真条件下炮口动能32MJ和64MJ电磁炮的外弹道数据,分析最大射程角和最大射高,研究弹形系数、弹丸初速和主要误差对电磁炮外弹道特性的影响。结果表明,电磁炮弹丸初速提高,弹道系数减小,射程增加。仿真结果可为电磁炮的指标选择提供技术参考。     

An experiment evaluating how the tiny mass eccentricities in spin-stabilized projectiles affect the position of impact points

This study investigates and quantifies some possible sources affecting the position of impact points of small caliber spin-stabilized projectiles (such as 12.7 mm bullets). A comparative experiment utilizing the control variable method was designed to figure out the influence of tiny eccentric centroids on the projectiles. The study critically analyzes data obtained from characteristic parameter measurements and precision trials. It also combines Sobol's algorithm with an artificial intelligence algorithm—Adaptive Neuro-Fuzzy Inference Systems (ANFIS)—in order to conduct global sensitivity analysis and determine which parameters were most influential. The results indicate that the impact points of projectiles with an entry angle of 0° deflected to the left to that of projectiles with an entry angle of 90°. The difference of the mean coordinates of impact points was about 12.61 cm at a target range of 200 m. Variance analysis indicated that the entry angle — i.e. the initial position of mass eccentricity — had a notable influence. After global sensitivity analysis, the significance of the effect of mass eccentricity was confirmed again and the most influential factors were determined to be the axial moment and transverse moment of inertia (Izz Iyy), the mass of a projectile (m), the distance between nose and center of mass along the symmetry axis for a projectile (Lm), and the eccentric distance of the centroid (Lr). The results imply that the control scheme by means of modifying mass center (moving mass or mass eccentricity) is promising for designing small-caliber spin-stabilized projectiles.     

基于最大熵谱估计验证战术导弹的气动模型

现代谱估计方法是验证系统仿真模型的有效方法。战术导弹飞行试验的遥、外测数据记录了大量的过程参数,可以利用这些参数进行气动力和气动力矩的计算,与飞行试验过程参数进行分析比较。应用最大熵谱估计检验导弹的气动力和气动力矩模型的可信性,可以给出定量的结果。文章给出的方法可以作为战术导弹气动参数模型研究的一种辅助手段。     

正规形法在弹箭非线性运动分析中的应用

非线性气动力对弹箭运动特性具有重要影响,而其复杂性和有效分析工具的缺乏往往制约了弹箭非线性运动理论的发展.为探索正规形方法在弹箭非线性运动分析中的应用,构造了考虑二次非线性阻尼和七次非线性静力矩下攻角方程的正规形,进而求得攻角的通用解析解,通过数值积分验证了其在较大攻角范围内的有效性,该解析解也同样适用于无阻尼角运动和...     

动力车纵向气动力风洞试验及数值模拟

采用风洞试验(在地板抽吸和不抽吸情况下)和数值模拟计算对200km/h动力集中型电动旅客列车组动力车纵向气动力进行了研究,得到了动力车作为头、尾车的纵向气动力系数。结果表明,地板抽吸后,头、尾车空气阻力均有明显增加,头车负升力增加,尾车正升力减少;动力车头、尾两车联挂时底部空气阻力占总的空气阻力的25.9%,列车减阻的重点在车体底部空气阻力。     

基于层裂机理的弹体侵彻混凝土的终点弹道研究

基于动态球形空腔膨胀理论给出的阻力函数理论公式和开坑阶段的表面层裂机理,建立了能够综合考虑弹头形状、开坑区深度的斜侵彻深度预测模型,并进一步推导了能够适用不同弹头形状的弹体过载时程曲线计算公式。预测模型得到的侵彻深度和过载与试验结果吻合较好。研究结果可为弹体与混凝土靶的斜侵彻弹道分析和弹丸头部设计提供一定帮助。     

Bang-Bang控制方式旋转导弹气动特性数值分析

为研究Bang-Bang控制式鸭舵对旋转导弹气动特性的影响,在CFD软件中采用嵌套网格方法模拟导弹的旋转和鸭舵的偏转,对Bang-Bang控制式旋转导弹在不同攻角、马赫数和转速下的气动特性进行了数值模拟,得到了气动特性变化规律。研究表明,因鸭舵洗流方向的改变,耦合导弹自旋会导致弹体和尾翼的侧向力发生突变。通过与不控鸭舵的旋转导弹进行对比,采用Bang-Bang控制式鸭舵的旋转导弹的周期平均侧向力系数变小,周期平均法向力系数变大。由于侧向力的存在,导弹在一个周期内的合力会偏离竖直方向,合力偏离竖直方向的角度随着马赫数、自旋速率和攻角的增大而减小。     

格栅舵控制巡飞导弹侧向动态特性分析

对某型采用格栅舵进行控制的巡飞导弹进行了侧向动态特性分析;通过对飞行时格栅舵偏转提供的偏航与倾斜控制力进行研究,采用小扰动线性化理论对气动力、气动力矩与运动方程进行了线性化,选取巡飞初始状态为特征点,计算了该状态下各系数的值,建立了侧向扰动运动方程组;由扰动运动方程组分析了自由扰动运动的稳定性和运动特点,求得以舵偏为输入的各偏量传递函数,得到舵阶跃偏转下的动态响应;结果表明,在该状态下,巡飞导弹具有侧向稳定性,倾斜转弯的机动能力要远远大于侧滑转弯。     

Aerodynamics analysis of a hypersonic electromagnetic gun launched projectile

A hypersonic aerodynamics analysis of an electromagnetic gun (EM gun) launched projectile configuration is undertaken in order to ameliorate the basic aerodynamic characteristics in comparison with the regular projectile layout. Static margin and pendulum motion analysis models have been applied to evaluate the flight stability of a new airframe configuration. With a steady state computational fluid dynamics (CFD) simulation, the basic density, pressure and velocity contours of the EM gun projectile flow field at Mach number 5.0, 6.0 and 7.0 (angle of attack = 0°) have been analyzed. Furthermore, the static margin values are enhanced dramatically for the EM gun projectile with configuration optimization. Drag, lift and pitch property variations are all illustrated with the changes of Mach number and angle of attack. A particle ballistic calculation was completed for the pendulum analysis. The results show that the configuration optimized projectile, launched from the EM gun at Mach number 5.0 to 7.0, acts in a much more stable way than the projectiles with regular aerodynamic layout.     

固定舵二维弹道修正组件结构模型

为了满足二维弹道修正组件小型化设计要求,设计了3种二维弹道修正组件模型,应用Solid Works软件和ICEM软件分别建立3种修正组件的实体模型和网格模型,并利用Fluent软件进行气动特性数值计算,将计算结果进行对比分析,得出不同修正组件模型参数对气动特性的影响。研究结果表明,修正组件尺寸的减小会增大阻力系数;舵片形状和尺寸对阻力系数和升力系数影响较小,但是对滚转力矩系数影响较大,矩形结构的舵片对舵片周围气动特性会产生不利影响;在满足修正要求的前提下,可以适当缩小舵片面积来降低舵机控制难度,提升飞行稳定性。     

高原环境对弹丸动态稳定性的影响

分析了高原环境低空气密度对弹丸动态稳定性的影响。给出了弹道坐标系中的力方程组和非滚转弹体坐标系中的力矩方程组,并通过线性化方法得到弹丸角运动的状态空间模型。列出了角运动状态矩阵的四个特征根,并利用复数平方根计算方法得到特征根实部的表达式。提出弹丸动态稳定性稳定因子的新定义,并证明新的动态稳定条件与传统的动态稳定条件是一致的。讨论了低空气密度对尾翼稳定弹和旋转稳定弹动态稳定性的影响,并通过仿真说明弹丸在高原条件和平原条件下的动态稳定性存在差异。