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.     

采用遗传算法的弹托迎风窝结构设计

针对一体化弹丸弹托易分离性和轻质化的设计要求,构建弹托迎风窝参数化外形模型,基于激波和膨胀波理论建立弹托气动力计算模型;以弹托分离加速度和弹托质量综合最优为目标函数,采用遗传算法对弹托迎风窝的外形参数进行优化设计,从而得到弹托迎风窝的优化外形。以中口径尾翼稳定脱壳穿甲弹的弹托设计为例,采用提出的优化设计模型对其迎风窝结构进行优化设计,并采用基于动网格技术的弹托分离仿真模型验证其最优性。仿真结果表明：所提优化模型能够得到最优的弹托迎风窝结构;针对现有的中口径尾翼稳定脱壳穿甲弹,可进一步对其弹托结构进行优化,以提高其分离快速性。     

电磁发射弹丸飞行弹道仿真

针对电磁发射弹丸飞行弹道进行仿真研究,在建立刚体六自由度飞行弹道模型的基础上,采用时频分析和涡流分析方法,建立电磁-动力学耦合模型分析弹丸出膛时由于膛内振动带来的炮口扰动,采用动网格技术建立电磁-气动耦合模型分析弹托分离产生的气动扰动,从而得到了电磁发射弹丸的飞行弹道模型。以得克萨斯大学先进技术研究所设计的IAT-HVP为例,仿真分析了弹丸以1117 m/s初速、0°射角出膛时弹丸出口扰动对弹体速度和气动特性的影响,并得到其飞行200 m的弹道曲线。仿真结果表明,受电磁发射一体化弹丸出口扰动的影响,弹体落点相比理想弹道产生了24%的偏差,其中炮口扰动引起的偏差最大,其次是弹托分离。     

横向运动板对长杆弹变形及运动影响的数值研究

利用Ls—DYNA软件对钨合金长杆弹垂直侵彻单层和双层横向运动钢板进行了数值计算。通过分析长杆弹的塑性变形、速度降、动能降和横向速度,得到了单层和双层板横向运动速度与影响长杆弹侵彻能力因素的关系。仿真结果表明：随着运动板速度的增加,运动板对长杆弹的侵蚀加剧,长杆弹的速度降、动能降增大;运动板相同速度下,虽然单层板的冲击能使长杆弹获得较大横向速度,但双层板比单层板对长杆弹的干扰效果更明显。     

榴弹对行进中炮兵连射击的毁伤概率研究

炮兵实施机动是提高其生存能力与作战能力的重要手段之一,而从集结地域至待机阵地机动阶段由于距离对方近、暴露时间长,且对方毁伤火力种类最为丰富,是威胁最大的阶段.以机动自行和牵引炮兵连为研究对象,对该阶段榴弹攻击行进中炮兵连的毁伤概率进行了模拟分析.得到了对两者而言,当航路角<15°或>60°时,被毁伤概率都相对较小;当航路角在15°～60°之间时,被毁伤概率也都相对较大;而当航路角一定,被毁伤概率随速度的增大而减小,且当自行和牵引炮兵连的行军速度分别大于40 km/h和35 km/h,被毁伤概率的减小幅度趋于缓慢等结论.     

指令制导防空炮弹启控点参数的确定方法

简要阐述了指令制导防空炮弹有控弹道控制模式,建立了鸭舵控制力和控制力矩作用下的有控弹道模型,研究了弹丸理想启控姿态和启控位置的确定方法,得到了确定理想启控位置的启控函数.数值仿真结果表明,该启控函数简单、快速,具有较高精度,易于计算机程序实现,弹丸有控弹道也可保持飞行稳定.研究结果对今后深入展开指令制导防空炮弹的研究和工程设计具有一定的参考意义.     

高旋弹头滑块控制的建模与仿真

建立了双滑块机构下的高旋弹头动力学分析模型,对气动力矩变化和惯量张量变化给外弹道参数带来的影响进行了仿真研究,结果表明:双滑块机构对弹道三维方向的改变均有效果,同时弹头飞行攻角也是逐渐减小,因此系统的稳定性也是可以得到保证的,这就为后续的闭环控制提供了必要的保证.     

末修迫弹修正效果影响因素分析

在对脉冲控制迫弹末修原理简单介绍的基础上,在六自由度弹道模型上进行了蒙特卡洛仿真打靶试验。分析在落点预测导引模式和XZ追踪导引模式下,脉冲启控时刻、脉冲个数和修正模式对修正效果的影响,并对两种导引模式修正原理和特点进行详细的对比分析,得到两种导引模式下确定脉冲参数的原则。     

破甲弹侵彻装甲板的数值仿真

装甲装备受到弹丸攻击后,要判断内部部件的毁伤情况,采用实弹试验的方法费用高,周期长,安全性差;而采用建模仿真的方法费用低,效率高,安全性好,并且可以为预测装备内部的毁伤部件奠定基础。采用有限元法对破甲弹侵彻均质装甲板进行了数值仿真,对侵彻过程的3个阶段进行了分析,得出了破甲弹射流的动能、平均速度和冲量随时间变化的规律,为侵彻后装甲板内部部件毁伤情况的判断提供了基础数据。     

固定翼无人机曲线路径跟踪的积分向量场方法

常规的向量场方法在处理无人机曲线路径跟踪问题时很容易受非定常风扰的影响而使得跟踪误差增加,因此很多方法采用用无人机的惯性坐标系(地速和方位角)替代机体坐标系(空速和偏航角)的方式来提高抗风性能。但是,这种方式只能处理大小和方向均恒定的风扰,这在实际飞行中是过于理想的假设。为了克服这些不足,提出了一种采用侧偏距的积分来主动抵消非定常风扰的积分向量场方法用于固定翼无人机曲线路径跟踪控制。根据期望路径的曲率及路径角,结合无人机自身的状态信息设计了曲线路径跟踪策略,并且使用李雅普诺夫理论证明了提出的方法能够确保闭环系统的全局渐进稳定。最后,使用高性能半实物仿真系统验证了提出方法的抗风跟踪性能。