海洋拖曳系统运动方程的变步长有限差分数值仿真

有限差分算法是常用的海洋拖曳系统运动仿真计算方法,传统的有限差分算法在对拖缆进行离散时,采用固定空间步长,为了提高数值计算的精度,通常需要减小空间步长,这既增加了计算时间,又浪费了计算机内存,甚至造成无法仿真一些工况。针对这一问题,提出了变步长有限差分数值算法,给出了步长变化的设定原则与算法,在建立海洋拖曳系统运动模型的基础上,系统分析了这一方法的求解思想与过程,并分别采用传统固定步长有限差分算法(大空间步长和小空间步长)和变步长有限差分算法,对模型进行了数值仿真,结果表明:变步长有限差分算法不仅保证了仿真计算精度,而且降低了计算机内存需求量,减少了计算时间。此外,变步长有限差分算法具有较高的灵活性,可根据实际情况,综合考虑计算时间、内存需求量和计算结果精度,从而选择合适的空间步长变化规律。     

非标准气象条件下火炮外弹道仿真

针对目前弹道仿真均建立在标准气象条件下,无法反映弹道真实情况这一问题,以非标准条件弹道模型为基础针对非标准气象条件改进了气温气压模型并建立了风场模型,应用Matlab/Simulink仿真工具构建对应的仿真模型,最后对某型火炮进行仿真验证并通过对仿真结果分析得出各种气象条件对弹道诸元的影响规律,揭示了气象因素与射击误差的关系,为新型火炮非标准气象条件下弹道研究、火炮模拟器弹道仿真开发以及部队实弹射击提供了参考依据。     

基于建模仿真的水面舰艇对空防御指挥关系优化

在分析当前水面舰艇面临的现实威胁基础上,研究了指挥关系及指挥流程对水面舰艇对空防御作战效能的影响,提出利用流程仿真工具进行指挥流程的建模仿真、采用蒙特卡洛模拟方法计算作战效能的指挥关系评估方法,该理论可为指挥关系或指挥流程的优化提供技术参考和研究方向。     

陆军战斗模拟实验实施管理方案

陆军战斗模拟实验实施管理是驱动陆军战斗模拟实验活动不断向前发展的核心动力,是达成模拟实验任务的重要保证。针对陆军战斗模拟实验实施的特点和需求,提出了一套陆军战斗模拟实验实施管理方案,力图从抽象角度把初始数据的格式化设置、模型的集成与优化、实验实施的动态控制等模拟实验实施相关内容统一到一个方案空间之中,有效提高模拟实验系统的性能和效率,为模拟实验结果分析奠定基础。     

着陆冲击试验系统设计及大型橡胶容器试验验证

为确保大型橡胶容器的运输适航性,依据中国民用航空局对运输类飞机的应急着陆过载要求,开展着陆冲击试验系统设计。通过冲击平台仿真设计与校核、波形发生器仿真设计、摆锤系统与导向机构设计,构建了着陆冲击试验系统,有效负载约达20 t,最大冲击载荷达到400 t。选取大型橡胶容器作为典型空运物资进行应急着陆实装试验验证,结果表明:冲击波形均近似为三角波,与仿真曲线波形相似,过载峰值分别为侧向1.54g、航向3.06g、9.02g、16.20g,与目标峰值最大相对误差小于3%,峰值对应时间大于50 ms,试验系统符合设计要求。该试验系统可用于空运平台的研制,对于确保飞行安全、降低研制风险、提高空运适航性具有重要的意义。     

发射波束域MIMO-STAP雷达发射接收联合设计方法

研究了信号相关杂波背景下机载多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达发射波束形成和接收滤波器的联合设计问题,建立了机载MIMO雷达发射波束域空时自适应处理(space-time adaptive processing, STAP)信号模型。为了提升杂波环境下目标的检测性能,通过最大化输出信干噪比构建了发射波束形成和接收滤波器的联合设计问题;然后,设计了一种新的基于优化最小化(majorization-minimization,MM)框架的迭代优化算法来解决联合设计问题。该算法通过合理寻找目标函数的下界可以有效提升算法的收敛速度并降低算法的运行时间。此外,与传统的相控阵雷达和MIMO雷达相比,优化后的发射波束形成和接收滤波器可以显著提升输出信干噪比,仿真实验验证了所提方法的有效性。     

典型线性火工分离装置作用过程数值模拟及试验研究

针对目前线性火工分离装置的优化设计主要依靠试验验证,成本高且设计优化迭代慢的问题,采用任意拉格朗日-欧拉方法建立典型线性火工分离装置的数值模型。通过火工分离试验和光子多普勒测速试验对上述数值模型进行验证,发现该数值模型具有较好的精度。使用该模型研究上述火工分离装置分离瞬态过程的力学机理,并定量分析多种因素对分离装置重点部位等效塑性应变等关键特征量的影响。研究发现,芯药线密度、分离板削弱槽底部的圆角半径对分离装置的作用过程有重大影响。此外,保护罩材质、削弱槽开口角度、分离板槽结构尺寸等因素对分离过程也有一定影响,但其影响相对较小。研究结果可以为典型线性火工分离装置的优化设计提供基础。     

Data-driven prediction of plate velocities and plate deformation of explosive reactive armor

Explosive reactive armor (ERA) is currently being actively developed as a protective system for mobile devices against ballistic threats such as kinetic energy penetrators and shaped-charge jets. Considering mobility, the aim is to design a protection system with a minimal amount of required mass. The efficiency of an ERA is sensitive to the impact position and the timing of the detonation. Therefore, different designs have to be tested for several impact scenarios to identify the best design. Since analytical models are not predicting the behavior of the ERA accurately enough and experiments, as well as numerical simulations, are too time-consuming, a data-driven model to estimate the displacements and deformation of plates of an ERA system is proposed here. The ground truth for the artificial neural network (ANN) is numerical simulation results that are validated with experiments. The ANN approximates the plate positions for different materials, plate sizes, and detonation point positions with sufficient accuracy in real-time. In a future investigation, the results from the model can be used to estimate the interaction of the ERA with a given threat. Then, a measure for the effectiveness of an ERA can be calculated. Finally, an optimal ERA can be designed and analyzed for any possible impact scenario in negligible time.     

Microcrack- and microvoid-related impact damage and ignition responses for HMX-based polymer-bonded explosives at high temperature

Investigating the damage and ignition behaviors of polymer-bonded explosive (PBX) under a coupled impact and high-temperature loading condition is required for the safe use of charged PBXs. An improved combined microcrack and microvoid model (CMM) was developed for better describing the thermal effects of deformation, damage, and ignition responses of PBXs. The main features of the model under typical dynamic loadings (i.e. uniaxial tension and compression, and lateral confinement) at different initial temperature were first studied. And then the effects of temperature on impact-shear sensitivity of HMX-based PBXs were investigated. The results showed that the ignition threshold velocity of shear-crack hotspots exhibits an increase from 260 to 270 to 315–325 m/s when initial temperature increases from 301 to 348 K; and then the threshold velocity decreases to 290–300 m/s with the initial temperature continually increasing to 378 K. The predicted ignition threshold velocity level of the explosives under coupled impact and high temperature loading conditions were consistent with the experimental data.     

小子样条件下战斗部爆炸仿真数据可信性分析

高效毁伤战斗部试验次数受到严格控制,如何在小子样条件下分析仿真数据的可信性非常有必要。通过均匀试验得到了战斗部在地下目标腔室内部爆炸某点冲击波最大超压峰值,利用normplot及Lilliefors函数分析了仿真数据的分布特征,而后在已有检验方法的基础上,结合顺序统计量和均匀分布的特点提出了一种新的相容性验证思路。研究表明:该方法不受样本容量的限制,利用MATLAB程序编程可以快速判断仿真数据的可信性。