基于高度的阻力系数实时修正方法

针对不同弹道高度的气象不同引起雷诺数不同,进而导致阻力系数不准确的问题,提出了基于高度的阻力系数实时修正方法。该方法通过空气动力计算软件获取到同一马赫数不同高度气象条件对应的弹丸阻力系数变化量与高度的对应关系,在弹道解算中,采用弹丸实际弹道高度插值该关系,实现了弹丸阻力系数的实时修正。155 mm榴弹底排弹最大射程角验证结果表明,4 500 m海拔时,高度修正的阻力系数对弹丸的射距和横偏影响可达2%,从弹道顶点时刻开始弹丸落点预测,采用修正后的阻力系数较采用地面阻力系数的落点预测精度约提高了一倍。     

花瓣型一维阻力修正机构设计及外弹道仿真

为了提高小口径榴弹的射击精确度和射击密集度,设计了一种花瓣形一维阻力修正执行机构,以35 mm口径榴弹为弹丸平台设计一维弹道修正弹;利用流体力学软件ANSYS Fluent进行弹丸飞行流场数值仿真,获得了不同马赫数情况下各弹丸模型的气动参数;通过质点弹道模型对弹丸外弹道进行仿真计算;结果表明：阻力执行机构展开过程耗时0．006 s,可以提供平均阻力系数比为3．01;弹道仿真得出：在给定的条件下,修正弹可以提供最大140 m射程修正量。     

基于弹道精确测量的射表编拟方法研究

射表试验弹药消耗大、试验周期长是长期存在的问题。针对此问题,根据刚体弹道理论,建立了弹箭六自由度弹道微分方程。开展了飞行诸元关于各气动参数的灵敏度分析,通过仿真计算,对弹箭气动参数准确辨识方法和全弹道符合计算方法进行了研究,初步形成了基于弹道精确测量的射表编拟新方法。仿真结果表明,新方法能够较准确辨识出弹箭气动参数,计算弹道与实际弹道一致性更好,更能反映弹箭的真实飞行状态。研究成果为改变射表试验消耗大、周期长的问题,进一步提高射表精度和射表编拟技术奠定了理论基础。     

一维弹道修正弹的气动特性与修正量研究

为提高弹箭射击密集度,采用增阻环进行纵向距离修正。用Fluent软件对3种头部形状的榴弹进行仿真,结果与风洞实验对比,两者得到的阻力系数变化规律相同,验证了模型及模拟软件的正确性和可靠性。进一步仿真分析阻力环在不同安装位置对空气动力特性的影响以获得对应的阻力系数。建立一维弹道修正弹数学模型,用VC++6.0编写弹道程序,并对阻力环机构在弹道不同位置作用时对应的射程修正量进行计算与分析。     

弹道修正弹对单个目标射击的弹药需求量预测模型

由于加装了修正模块,弹道修正弹的弹道特征与普通榴弹有着明显的差异,系统误差中不存在诸元误差,所以普通榴弹弹药量的计算方法不适用于弹道修正弹。在参考普通榴弹射击效率评定方法的基础上,结合弹道修正弹弹道特点,提出了弹道修正弹射击的弹药需求量估算方法。通过举例分析并仿真对比表明,该方法切实可行,可以用于弹道修正弹射击的弹药需求量计算。     

在线弹道参数滤波与辨识方法分析

为解决基于雷达探测系统的一维弹道修正弹的快速在线弹道参数辨识及精度分析问题,针对阻力环体制的一维弹道修正弹,建立了适配于一维弹道修正弹的飞行控制弹道模型,并基于卡尔曼滤波理论建立了弹道滤波模型,给出了弹道预报的方法。结合扩展卡尔曼弹道滤波模型,计算分析了数据测量精度、基础阻力系数变化等因素对预报弹道落点的影响。研究结果表明:为了提高无控弹道和修正弹道的预报精度,应尽可能准确地获取全弹的阻力系数,并进行若干发炮射试验,通过反复调整预报-校正分段以确定出较佳弹道参数方差,来提高后续弹道预报精度。     

某型弹道修正弹落点散布规律研究

为了得到某型弹道修正弹的落点散布规律和射击精度评定方法,以蒙特卡洛打靶获取的落点数据为基础,通过基本的数值统计分析、直方图法、概率纸法、偏度峰度法以及SPSS软件分析等方法,对修正弹落点散布情况进行统计分析,确定了其散布服从二维正态分布,得到了相应的概率密度函数,对比了修正弹与无控弹的射击精度。结果表明,弹道修正弹射击精度的评定可以采用与无控弹同样的指标和计算方法,为修正弹项目验收的射击精度评定部分以及后续的作战使用提供了理论和技术支撑。     

弹道修正弹落点预报方法研究

为了根据空中飞行弹箭的一段实测弹道参数,准确预报弹道落点,并实施弹道修正,实现对目标的精确打击,在阐述弹道修正弹飞行原理的基础上,建立了扩展卡尔曼气动参数辨识弹道模型。该模型可对一段实测弹道参数进行弹道滤波,辨识出空中飞行弹丸的实际阻力和升力符合系数,并能较准确预报其后续飞行弹道。数值计算结果表明,经扩展卡尔曼弹道滤波后,能有效剔除测量弹道参数的噪声,且坐标滤波方差、阻力和升力符合系数迅速收敛;预报弹道落点的精度与飞行弹道参数的测量时间和采样时间间隔有关,考虑到实时弹道预报方法的预报弹道落点精度和解算时间等,飞行弹道参数测量时间宜取6~8s,采样时间间隔宜在60~120ms范围内选取,为弹箭实现弹道修正提供了参考。     

二维修正弹修正组件反旋与不旋气动特性对比

为了研究修正组件反旋与不旋对弹箭气动特性的影响,在CFD软件中采用滑移网格方法对双旋二维弹道修正弹在不同攻角、马赫数下的气动特性进行了数值模拟,得到了气动特性变化规律,研究了鸭舵在不同滚转角下弹箭的修正能力,着重分析了修正组件反旋与不旋时该弹气动特性的差异。研究表明,修正组件反旋以后阻力系数与升力系数有所下降,非零攻角下该弹始终会有侧向力存在,通过控制同向舵的周向位置可以对射程和飞行方向进行修正。     

基于极限学习的弹丸阻力系数辨识

气动参数对弹丸的弹道特性起决定性作用,在无控弹丸研制过程中,准确获取弹丸气动参数是减小落点散布、提高打击精度的基础与关键.为了进一步提高弹丸阻力系数的辨识精度,基于质点弹道方程,通过数值仿真产生弹道数据,利用极限学习方法在多种噪声环境下实现弹丸阻力系数弹道大数据辨识.该方法随机产生输入权重以及隐含层神经元阈值,随机生成...     

二维弹道修正弹修正机构气动特性研究

二维弹道修正弹气动力特性的研究是求解二维弹道修正弹弹道、分析二维弹道修正弹飞行稳定的基础,是实现精准控制、减小散布必要的理论支撑。该文对二维弹道修正弹的力学特性进行了分析,采用弹翼组合体气动特性工程计算方法,建立二维弹道修正弹气动计算模型,对二维弹道修正弹的升力和阻力进行计算。计算结果与CFD仿真结果对比,误差均小于10%,模型具有较好的可靠性。采用遗传算法,结合二维弹道修正弹气动计算模型,分析了舵偏角和滚转角对二维弹道修正弹升阻比的影响。结果表明,舵偏角越小,全弹的最优升阻比越大,最佳攻角越大,气动能力越好。当攻角大于10°且滚转角为180°时,全弹具有更好的气动能力。     

暴雨环境下的弹丸气动特性数值模拟

为了研究暴雨条件对弹丸气动性能的影响,本文采用计算流体力学方法对极端暴雨条件下的弹丸气动特性开展数值模拟,通过求解三维定常可压缩的Navier-Stokes方程和k-ε湍流模型来计算流场,利用双向动量耦合的Eulerian-Lagrangian方法对流场中离散的雨滴粒子进行轨迹追踪,并考虑由于气流湍流引起雨滴粒子的随机扩散效应以及雨滴粒子与弹丸表面的相互作用,分析了攻角和液态含水量对M910弹丸和某120 mm迫弹气动参数的影响。研究结果表明,暴雨环境对两种弹丸的升力系数均有较大的影响,当马赫数为0.7时,M910弹丸升力系数最大下降了14.5%,120 mm迫弹升力系数最大下降了21.9%,并且影响程度随着攻角的增大而逐渐降低; 两种弹丸的阻力系数受暴雨影响较小; 由于尾翼的原因,暴雨对迫弹(尾翼弹)的影响程度高于M910弹丸(旋转弹); 弹丸表面形成的不均匀水膜层以及雨滴粒子碰撞导致弹丸边界的动量损失是影响弹丸气动性能的主要原因。     

高速旋转炮弹宽海拔弹道解算方法

为彻底改进传统以实弹射击试验为主研制射表的方法,创建了适应宽海拔高速旋转弹弹道解算新方法。建立弹丸非线性姿态运动数学模型,用于计算起始扰动对平均弹道影响;建立弹丸阻力系数随海拔高度变化模型、弹道符合系数与射角关系模型,用于计算高原空气阻力随海拔非线性变化对高原弹道的影响;提出高原和平原射表交接阶梯抑制方法,减小平原射表和高原射表在衔接高度段的原理误差。研究结果表明,新型弹道解算方法和用该方法设计的高原射表经某自行高炮试验证明,具有较高的精度,适用于在0~4 500 m宽海拔范围作战使用。     

基于线性弹道模型的末段修正弹落点预测

针对末段修正弹在弹道末段快速预测落点的问题,提出一种将六自由度刚体外弹道模型线性化的方法,得到线性弹道方程组并求其解析解,结合剩余飞行弧长估算公式,推导出弹道落点快速预测解析公式。以六自由度弹道为基准,通过仿真分析了不同射角不同预测点下线性弹道模型预测法的预测精度和解算时间,结果表明该方法对偏流方向的落点预测误差小于8 m,解算速度相比三自由度数值积分落点预测法提高了一个数量级。该方法为弹载计算机进行实时快速弹道解算提供理论依据,对末段修正弹的工程应用具有参考价值。     

舰炮使用一维弹道修正弹射击误差和射击校正新方法

为提高舰炮使用一维弹道修正弹射击精度和作战效能,根据舰炮使用一维弹道修正弹射击的工作原理,分析射击误差构成和射击观测特点,将舰炮使用一维弹道修正弹射击误差分为预测误差和修正误差,提出分2步利用目标(或提前点)相对落点偏差进行射击校正的新方法,第1步校正部分修正误差,第2步校正预测误差和第一步未校正的修正误差。以某型一维弹道修正弹为例,采用Monte-Carlo法仿真10 000次。仿真结果表明,按新方法射击校正能够显著提高射击精度。     

旋转稳定弹丸高原弹道变化机理及规律研究

为了解旋转稳定弹丸高原弹道的变化机理和运动规律,根据刚体弹道理论,建立了旋转稳定弹丸质心和弹丸姿态运动微分方程。在分析高原环境对旋转稳定弹丸弹道特性影响的基础上,通过平原、高原试验测试数据的对比验证,分析了旋转稳定弹丸高原射击密集度、飞行阻力系数的变化及高原环境对弹丸质心运动的影响因素,确定了旋转稳定弹丸高原运动规律及其成因。结果表明:试验结果与理论分析基本一致,旋转稳定弹丸高原质心运动较平原有较大差异,而其高原姿态运动的基本规律与平原相似。研究成果为掌握旋转稳定弹丸高原飞行规律,提高武器装备高原射击精度奠定了重要的理论基础。     

变体制导炮弹气动特性分析及弹道仿真

为使制导炮弹在不同飞行状态均保持较优的气动外形,提高飞行效率,增加射程,设计了一种变体制导炮弹,并开展气动参数计算、气动特性分析和弹道仿真等研究。首先根据设计指标确定变体制导炮弹的气动布局,通过迭代优化确定弹翼、鸭舵、尾翼的具体参数,并描述其控制方式和弹道特点; 随后利用工程化算法计算变体制导炮弹的气动数据,分析升力系数、阻力系数和静稳定度等参数与弹翼外形变化之间的关系; 最后根据气动特性分析的结果为所设计的变体制导炮弹制定变体方案,采用hp-自适应伪谱法,分别对变体制导炮弹和固定外形制导炮弹以射程最大为目标进行弹道优化。结果表明:所设计的变体制导炮弹满足设计指标,具有良好的气动特性和操纵性,弹道计算结果表明通过引入变体飞行技术可以使射程提升10%～22.5%,研究结果可以为今后变体制导炮弹的研究提供参考。