无控旋转弹丸外弹道姿态测试与模型验证

针对传统的外弹道测量手段本身所存在的危险性以及测试过程不可逆,难以满足新型武器系统的外弹道测试需求的问题,提出了一种安全准确的外弹道理论研究方法,利用MATLAB仿真软件求解弹丸的飞行姿态。以无控旋转弹丸为研究对象,依据弹箭飞行动力学理论,运用质心运动定理和动量矩定理分析弹丸的质心运动和绕质心转动的飞行过程,建立弹丸飞行姿态的数学模型,应用龙格-库塔法进行模型求解以及数据分析处理,得到弹丸的外弹道转速与章动曲线,并与实验测试曲线进行对比分析,所得结果基本一致,从而验证了所建立的旋转弹丸姿态数学模型的合理性。     

弹丸外弹道及引信活击体爬行力数值仿真

针对惯性触发引信设计过程中引信零件爬行力计算问题,分析了引信及弹丸在外弹道飞行时的受力情况,运用计算流体力学软件（FLUENT）对弹丸空气动力进行了仿真分析,得到了弹丸在外弹道飞行的阻力和翻转力矩。再由虚拟样机软件（ADAMS）对弹丸整个飞行过程进行模拟计算,得到弹丸在整个外弹道的稳定性情况、飞行轨迹和引信活击体受到的爬行力。所得结果和分析对弹丸外弹道分析及引信惯性触发机构的设计和研究具有一定参考意义。     

基于ADAMS的弹载设备外弹道参数仿真

针对目前高速旋转弹丸外弹道参数章动和进动测试的成本高以及后期处理数据较复杂等问题,提出了基于机械系统动力学自动分析(ADAMS)的弹载设备外弹道参数仿真的方法。该方法通过建立弹载设备外弹道运动模型,并利用动力学仿真软件ADAMS对模型进行分析,得到弹载设备外弹道的运动轨迹、加速度曲线,再现了弹载设备在外弹道环境下的运动规律。章动和进动的转速比影响着弹载设备在外弹道的运动轨迹,其中,弹载设备受章动影响较大。仿真实验结果表明,通过实验得出的弹载设备在外弹道的运动规律与理论结果一致,表明该方法可以实现对弹载设备外弹道参数的测试,降低了测试成本,避免了后期处理数据较复杂的问题。     

存在动不平衡的旋转弹丸外弹道绕质心运动过程中引信惯性力分析

为了给引信安全性和可靠性设计提供准确的外弹道力学环境,应用刚体动力学理论,建立了存在动不平衡角且引信轴线与弹丸旋转轴线不平行的旋转弹丸在外弹道上绕质心运动时引信所受惯性力数学模型,得到了引信零部件因弹丸绕质心运动产生的惯性加速度在轴向、径向和切向分量的计算公式。应用ADAMS软件仿真验证了理论分析的可信性。由受力分析可知,当引信轴向运动零部件质心、弹丸质心与各轴线在同一平面内,且引信轴向运动零部件质心与弹丸惯性主轴的距离最大时,引信轴向惯性力和径向惯性力均比传统计算结果大幅度增加（算例155 mm口径火炮达到数倍）。通过仿真引信轴向运动零部件的运动过程可知,在周期性波动且波动幅度较大的各向惯性力作用下,即使径向惯性力与切向惯性力远远大于轴向惯性力,也不能阻止引信轴向运动零部件在轴向惯性力作用下向前运动。     

基于虚拟样机的一种手枪减小后坐力仿真分析

采用经典动力学和运动学仿真软件ADAMS建立与手枪物理样机几乎一致的虚拟样机模型.运用MATLAB编写内弹道程序,计算弹丸击发后枪膛内弹道气体压力.在模型中施加载荷,设置相关仿真参数,对虚拟样机模型进行动力学仿真,探讨改进方案对降低枪机后坐速度的影响.     

科氏加速度对航炮射击精度的影响

利用外弹道近似分析理论，将科氏加速度引入外弹道质心运动微分方程组中，建立了三维斜角坐标系下的弹丸质心运动模型，并以某型航炮为例，利用该模型进行了计算机仿真计算，求出仿真结果并拟合出相应曲线，分析了科氏加速度对航炮射击精度的影响。     

水下枪械内弹道基本方程组

介绍了水下枪械发射时内弹道的技术特点，以弹丸和弹丸前枪管内的水柱为受力体建立了水下内弹道的简化模型，导出了水下内弹道基本方程组。以某单基药为发射药对箭形弹进行的内弹道特征参数仿真计算结果表明：水下枪械的p—t曲线变化规律与大气中枪械相似，但压力上升的速度较快。p—t仿真曲线与实验曲线具有较好的一致性。     

弹丸膛内运动姿态动力学仿真

在Solidworks中建立了较精确的线膛炮身管模型及其他部分的实体模型,导入机械系统动力学分析软件ADAMS中进行了装配和约束,形成了弹丸发射的动力学模型。利用ADAMS软件进行了二次开发,建立了内弹道解算的模块,应用ADAMS软件中的位移、速度等函数,以状态变量的形式建立了反后坐装置的力元,模拟了弹丸在膛内的运动过程,得出了弹丸膛内的运动姿态,在该模型的基础上可以进一步对全炮的发射过程进行动力学仿真。     

某无链供弹装置的仿真与试验

为了提高供弹装置各运动构件的可靠性,对某无链供弹装置进行建模进行研究。通过ADAMS软件建立无链供弹装置的运动学及动力学方程,以2发弹的仿真曲线为例进行多发炮弹与闭合弹链运动交接的仿真分析,得到弹丸位移、加速度等参数曲线,并通过激光位移传感器进行系统测试。测试结果表明,供弹机构的动态特性明显,对供弹机构可靠性的进一步提高及结构的改进提供了参考。     

引信外弹道加速度测量方法

为了实现弹丸外弹道切向加速度的有效测量,使加速度测量更具理论基础,在实际应用时更具参考价值,提出利用MEMS加速度传感器测量轴向加速度以代替切向加速度的测量方法。利用六维刚体外弹道模型分析了弹丸运动过程中攻角随着弧长和射角的变化规律,并以此为基础计算利用两种加速度进行弹道弧长解算的误差,仿真试验发现,攻角变化很小,两种加速度变化规律差异很小,利用两种加速度计算出的弧长误差也很小,在有限距离内可以利用轴向加速度进行弧长解算。利用MEMS加速度传感器进行测量系统设计,并进行实弹射击试验,试验结果表明该方法能准确获得弹丸外弹道的加速度,加速度变化规律和范围在误差允许的范围内与仿真试验结果基本一致,在弹丸外弹道性能分析、惯导系统设计以及精确制导弹药研制方面具有广阔的应用前景。     

应用阻力系数拟合曲线解析式数值解算外弹道诸元

为了研究工程解算弹丸外弹道诸元精度,采用FLUENT软件对某尾翼弹外流场空气动力特性进行数值模拟,得到不同马赫数下的零升阻力系数;利用Origin Lab软件对其进行分段拟合,得到阻力系数拟合曲线解析函数表达式,代入外弹道质心运动微分方程组数值解算外弹道诸元;并与用经典空气阻力定律及相应的平均弹形系数方法解算的外弹道诸元对比。两种方法解算所得弹道落点诸元相对误差在4.61%以内,全弹道上诸元相对误差在6.65%以内。因此,即使能够得出特定弹丸的全弹道阻力系数解析函数表达式,但在工程应用上也可以继续应用简便的经典空气阻力定律及相应的平均弹形系数方法解算外弹道诸元。     

弹丸外弹道试验装置运动控制系统

针对线膛火炮旋转弹丸外弹道受力情况试验需求,设计一种弹丸外弹道试验装置运动控制系统.以倍福CX5130运动控制器作为主控制器,通过控制该试验装置的运动带动弹丸的自转和摆动,实现旋转弹丸的外弹道运动模拟功能.结果表明:该系统能达到预期设计目标,并已在实际使用中得到验证.     

引信设计用火炮内弹道曲线的Logistic经验公式

为了便于炮弹引信后坐运动机构的分析和计算,能使引信工作者只根据身管长度和炮口速度等少量参数就能获得弹丸膛内加速度近似曲线,运用Logistic函数拟合火炮内弹道的位移-时间曲线和速度-时间曲线,再对拟合得到的速度-时间曲线求导便得到了弹丸膛内加速度近似曲线.对76种制式火炮弹药内弹道曲线拟合结果进行分析和处理,得到具有普适意义的引信设计用火炮内弹道曲线的Logistic拟合经验公式.Logistic经验公式所拟合的弹丸膛内加速度曲线虽不如传统的余弦简化法和直线简化法拟合精度高,但为连续函数,形式简单,所需参数也少,便于在引信设计计算中应用.     

水下炮内弹道分析与数值仿真

为提高火炮在水下发射的初速，水下炮炮口设有挡水板，发射时挡水板改变了膛内弹丸的受力状况。通过水下炮发射时弹丸膛内的受力分析，考虑射弹前方压缩空气形成的激波压力，结合经典内弹道理论，建立了水下炮内弹道模型。以某口径水下炮发射为例进行了数值仿真，得到水下炮的膛压和速度曲线，与传统火炮对比，变化趋势基本一致，但膛压略有增大，初速有所减小；仿真还得到水下炮弹前激波压力曲线，仿真结果与实验结果吻合。     

基于空气动力学及运动学的外弹道仿真

通过对弹丸外弹道计算方法的分析,针对在弹道计算过程中,很难预知弹丸实时的飞行姿态的问题。文中应用空气动力学软件对弹丸空气动力仿真分析,得到了不同马赫、不同攻角下的动力参数,形成离散数表。再由运动学软件对弹丸整个飞行过程模拟计算,直观地得到了弹丸在整个外弹道的稳定性情况、飞行轨迹及各弹道诸元。与实验数据相比较,误差不大,验证了分析的正确性,为复杂的弹丸外弹道模型计算提出了新的方法。     

基于双轴加速度传感器的外弹道转速实时测量方法

旋转弹外弹道自转角速度的实时测量是弹道修正引信弹道解算器设计的重要环节之一。弹丸转速基本检测方法是利用转速传感器，通过外测或遥测进行，尚无法对每发弹进行实时测量。提出了一种测量旋转弹外弹道自转角速度的方法。即利用双轴加速度传感器提取弹丸外弹道横向加速度采样信号的功率谱，结合DSP的数字滤波，对信号做256点FFT处理，得到一组(v-t的离散序列值。试验结果与理论分析相吻合，且能满足弹上解算的实时性要求。     

旋转弹丸采样信号的DSP实时滤波原理

旋转弹丸外弹道离心加速度采样信号包含有高频弹丸转速信息和空气阻力加速度低频分量，为了提取弹丸转速-时间序列值，需要实时滤除低频阻力加速度分量，设计了在DSP中实时实现的数字滤波器。结果表明：16阶线性相位型结构的FIR滤波器能在TMS320VC33系统上实现实时滤波，滤波时间为34．83μs，且能同时满足精度和速度的要求，并成功用于某旋转弹丸弹道修正引信的数字滤波器设计中。     

鸭舵修正机构舵偏角选择方法

为了研究鸭舵式修正机构舵偏角的选择方法,建立了不同舵偏角下弹丸的三维模型,并利用FLUENT和ADAMS软件进行联合仿真,得到了不同舵偏角下弹丸的空气动力数据和飞行稳定性特征。同时,研究了不同舵偏角对电机控制能力和鸭舵修正能力的影响,并进行了MATLAB仿真。结果表明,在满足全弹气动布局、飞行稳定、电机有效控制、弹丸修正能力的基础上,尽量选择舵偏角大的舵翼结构。     

弹道模型在旋转弹丸稳定性仿真中的应用

为研究不同弹道模型在旋转弹丸稳定性仿真中的应用,利用动力平衡角的直接求法建立了修正质点弹道模型,并在考虑地球表面曲率变化影响的基础上,建立了6自由度的刚体弹道模型。利用得到的模型对某口径榴弹空中飞行的稳定性进行仿真。对比分析不同弹道模型,结果表明,弹道模型愈精确,弹丸飞行时间的仿真值愈大,仿真射程愈小,其结果愈接近实验值;修正质点弹道模型与刚体弹道模型对弹丸稳定性的仿真结果在弹丸飞行的上升段一致性较好,而在下降段一致性较差。     

不同口径旋转稳定弹丸的弹道相似原理研究

以旋转稳定弹丸为对象，推导了不同口径弹丸的弹道相似原理，得到了两弹在飞行时间、飞行速度、飞行距离、旋转速度和章动特性等弹道参数上的相似条件和相似关系。通过弹道仿真计算验证了本文提出的弹道相似原理及相似关系的精度。