烟幕初始云团最大半径数值模拟

基于圆柱体发烟装置,采用Truegrid仿真软件建立带有"V"型刻槽的圆柱壳体网格模型,并用Autodyn软件建立发烟装置仿真模型,对烟幕初始云团爆炸分散过程爆轰压力变化规律进行数值模拟。借助于MATLAB提供的分段线性插值函数,将压力作为已知量引入爆炸分散理论模型,采用欧拉法对模型进行数值计算。开展了野外测试实验,采用摄像法和图像处理技术得到试验数据。结果表明,爆炸分散第一阶段发生时间为0～8.9×10-6s,烟幕初始云团最大半径增大为原来的3～4倍;在爆炸分散第二阶段,烟幕初始云团最大半径增大到约3 m。基于Truegrid与Autodyn混合仿真,并与爆炸分散理论模型相结合的方法,相比仅利用数值积分求解爆炸分散模型的传统理论方法,烟幕初始云团最大半径的计算误差降低了3%～8%,且烟幕初始云团最大半径比单一理论模型法更接近实验结果。采用欧拉法计算模型的收敛性优于四阶龙格-库塔法。     

真空环境中烟幕云团形成阶段的膨胀模型

真空条件下,常压下已有的烟幕云团的膨胀模型不再适用.本文分析了真空下烟幕形成机理,基于外界对烟幕云团没有扰动的特点,针对燃烧型和爆炸型烟幕在形成阶段的膨胀特性进行数学建模,得到了烟幕云团膨胀过程中体积及质量浓度与烟幕粒子运动速度、运动时间的关系模型,为进一步研究烟幕粒子在大气层外的运动规律提供了理论基础.     

五帧差分法提取实测红外烟幕图像的特征参数

为提取实测红外烟幕的效应特征量(烟幕宽度、烟幕高度、烟幕遮蔽面积、遮蔽时间)和运动特征量(垂直方向、水平方向的扩散速度)参数,设计了野外测量红外烟幕的试验场地布置方案,应用红外热像仪采集了红外烟幕弹在112 s内爆炸和扩散过程的视频数据,采用了五帧差分法对红外热像仪视频序列中的红外烟幕进行分割和提取,得到了红外烟幕的效应特征量区域和运动特征量区域,并根据场地布置的几何关系对试验结果进行了风向修正,以红外烟幕图像像素点为基本单元,对红外热像仪视频序列中每一帧烟幕的效应特征量区域和运动特征量区域中每一个像素点所代表的实际烟幕高度数值和宽度数值进行了求解,进而得到红外烟幕的效应特征量和运动特征量参数.经实测红外烟幕视频分析验证,该方法可以快速提取红外烟幕特征参数,其爆炸瞬间烟幕宽度、烟幕高度、烟幕遮蔽面积迅速增加至4.7 m,5.2 m,24.2 m2,水平沿风速方向的烟幕前沿扩散速度达到了126 m·s-1,垂直方向烟幕前沿扩散的速度达到了146.3 m·s-1.对研究红外烟幕扩散仿真方程的修正、作战效能评估、作战运用具有较高的实际应用价值.     

小波分析法在红外烟幕面积评估中的应用

分析了当前红外遮蔽烟幕干扰面积和遮蔽率测试方法的主要问题,引入小波分析思路,利用多分辨分析方法将红外烟幕图像分割成多幅不同分辨率图像,组成层次式数据结构,然后利用小波变换的图像边缘检测算法画出烟幕云团边缘曲线,求出封闭曲线内面积,即可得到烟幕有效干扰面积和遮蔽率分布状态。这种方法解决了综合评定烟幕性能的若干问题,为研制烟幕弹或发烟装置提供了一种分析方法或思维方式。     

基于红外遮蔽的地面烟幕防空阵地部署模型研究

现代防空作战中,本着及时响应、快速反应、发挥烟幕最大遮蔽效能的原则,发烟装备必须实现预先阵地配置。将解析几何分析和数值分析算法应用于阵地部署模型的研究：基于三维战场空间和烟幕需求,通过解析几何分析构建了垂直烟幕空间尺度计算模型;基于烟幕扩散模式——高斯烟羽模式,应用数学推导、牛顿下山法构建了单点施放垂直烟幕计算模型。以单点施放烟幕为构成单元,以空间烟幕需求为最终标准,综合建立了多点施放垂直烟幕计算模型,即防御红外制导武器的地面发烟装备阵地部署模型。结合试验对比分析表明：模型计算结果与试验数据一致性较好,构建的模型是合理可行的。     

烟幕云团形成初期的流动规律研究

利用普朗特边界层微分方程,根据爆炸成烟烟幕云团的自身运动特点,通过在不同条件下的假设,建立了贴地面的烟幕云团的边界层流动数学模型,以及快速成烟膨胀模型,并用实验分析模型。研究认为,在爆炸成烟烟幕云团形成初期,其流动特征为湍流,空气阻力是烟幕云团膨胀运动速度迅速衰减的主要原因。     

烟幕干扰条件下光电制导导弹命中概率计算方法

针对当前的研究没有将烟幕对光电导引头的影响与光电制导导弹的杀伤效果关联起来的问题,提出了烟幕干扰条件下光电制导导弹命中概率计算方法。该方法以光电制导导弹为研究对象,将烟幕遮蔽对光电导引头的影响转化为对导弹散布误差的影响,运用射击效能的相关理论得出导弹命中概率。仿真结果表明,该方法可有效地计算烟幕遮蔽条件下3种光电制导导弹的命中概率,为直观地评估烟幕干扰对光电制导导弹的影响效果提供了一种方法。     

真空度对烟幕云团膨胀速率的影响（英）

将烟幕应用于外层空间,研究烟幕云团的稳定性极为重要。针对外层空间高真空的特殊环境,基于燃烧型及粉末型烟幕云团,采用通过测试单位时间内云团边缘尺寸变化获取膨胀速率的方法,试验研究了真空度对烟幕云团形成时膨胀速率的影响。结果表明,烟幕云团的膨胀速率随着真空度由0.1 MPa升高到0.04 MPa而逐渐增大,并且压力每减小0.02 MPa,膨胀速率约增大0.03倍左右。     

烟幕凝聚粒子的消光特性研究

采用蒙特卡洛方法根据凝聚体-凝聚体凝聚模型对由球形原始粒子聚集成的凝聚粒子的结构进行仿真,按T矩阵方法计算各种结构的消光和吸收系数,然后取所有结果的平均值来仿真实际情况烟幕凝聚粒子的消光特性.以碳黑为例的计算结果表明:凝聚粒子的消光特性受到原始粒子数量、粒径以及结构的影响;粒子的凝聚将减弱烟幕的消光性能;当凝聚结构中原始粒子的数目一定时,存在使烟幕消光性能达到最大的原始粒子半径.     

双喷嘴气动喷撒烟幕粒子的撞击成烟特性研究

为改善气动喷撒时烟幕的分散效果,采用自行设计的气动喷撒装置,对铜粉基烟幕粒子的撞击成烟特性进行了实验研究。结果表明,相对于单喷嘴,双喷嘴喷撒时烟幕平均扩散速度降低了39%,烟幕扩张角增大了160%;当喷嘴间角度为150°、120°、90°和60°时,对应的烟幕平均扩散速度分别为0.5m/s、0.8m/s、1.1m/s和1.6m/s,烟幕扩张角为60.2°、57.4°、45.8°和44.3°。随着喷嘴间角度的减小,烟幕平均扩散速度逐渐增大,烟幕扩张角逐渐减小;持续喷撒一定时间,烟幕最大面密度随喷嘴间角度的减小逐渐减小,烟幕遮蔽效能变差。     

基于高斯扩散模型的催泪弹气溶胶烟雾非致命效能仿真

催泪弹是一种非致命防暴弹。为研究其非致命效能大小,以武警RS97-2型催泪弹为研究对象,应用高斯扩散模型研究了催泪弹气溶胶烟雾的扩散过程。分析了烟雾扩散时西埃斯(CS)催泪剂浓度和烟雾半径的变化规律。用Matlab软件编制的程序进行了仿真计算,得出以催泪弹气溶胶烟雾扩散的有效作用区域作为其非致命效能大小的衡量指标。结果表明,在风速为2m·s~(-1)时,一枚催泪剂装药为20g催泪弹的气溶胶烟雾有效作用区域可达453.7m~2。     

催泪弹非致命效能分析计算

催泪弹是驱散群体性目标最有效的一种非致命防暴弹,特别是爆炸式催泪弹,刺激剂可瞬间释放,能快速作用于有生目标。但在实际战术运用中,催泪弹的非致命效能没有具体的衡量指标,导致其使用没有科学依据。根据爆炸式催泪弹气溶胶烟雾扩散特征,应用重气和非重气扩散数学模型,通过计算虚源点,将两种模型有效结合起来,对气溶胶烟雾扩散过程进行分析研究,得到气溶胶烟雾扩散半径和浓度变化规律,分析计算了单枚催泪弹有效作用区域,以此作为催泪弹非致命效能的衡量指标。研究结果表明,在风速为2 m/s时,39 s后单枚催泪弹的有效扩散面积可达602.1 m²,且烟雾浓度不低于1 mg/m³,计算结果与试验结果基本符合。     

航空自导深弹飞行稳定性优化设计

稳定性是航空自导深弹稳定飞行的先决条件,某对称配置的航空深弹稳定性设计主要通过调整安定器的外形和相对位置实现;利用CFD方法研究深弹在各种安定器外形参数条件下的流体动力参数,优化在总体接口条件限制下最可能实现的安定器外形设计;通过使用Fluent软件计算结果与试验结果的比较,认为此计算结果可信。     

一种航空深弹安定器的CFD优化设计

静稳定性是航空深弹稳定飞行的先决条件,某对称配置的航空深弹静稳设计主要通过调整安定器的外形和相对位置实现。利用CFD方法研究某航空深弹在各种安定器外形参数条件下的流体动力参数,优化在总体接口条件限制下最可能实现的安定器外形设计。通过使用Fluent软件计算结果与试验结果的比较,认为此计算结果可信。     

烟幕弹扩爆过程的计算机仿真

对烟幕弹扩爆过程提出了阶段划分的思想，并对各阶段进行了初步的理论研究。介绍了仿真软件的设计思想，分析了典型仿真结果，给出了爆管稳定性的对比研究结果。     

制导炸弹半实物仿真系统误差对仿真结果的影响

在制导炸弹半实物仿真试验中经常发现,同一发制导炸弹多次仿真的俯仰角差别较大,同一批次制导炸弹投弹试验的遥测俯仰角与仿真俯仰角差别也较大,但是俯仰角的收敛趋势均一致,实测脱靶量与仿真脱靶量都合格,且具有一致性。为了分析出现上述现象的原因,基于协方差分析描述函数法(CADFT),建立了制导炸弹半实物仿真系统的误差传播理论,计算了仿真姿态角和姿态角速度的误差。分析了仿真姿态角和姿态角速度的误差对仿真结果的影响。结果表明,在仿真系统各种误差中,气动力和气动力矩误差是主要误差,是引起仿真俯仰角差别的重要原因; 姿态角的动态验模方法不适用于制导炸弹仿真模型,而脱靶量的静态验模方法适用于制导炸弹仿真模型。     

烟幕扩散的数值模拟

介绍了随机游走粒子-烟团模式的基本思想,对某野外试验的烟幕扩散进行了数值模拟,并将模拟计算结果与实际测量值进行对比.结果表明在等温中性的大气条件下,该模式对烟幕的扩散及浓度计算准确.     

基于半边数据结构的虚拟弹体爆炸过程的模型研究

虚拟弹体爆炸过程中破片的生成以及其运动是模拟爆炸真实性和杀伤力的关键。其中，破片的生成是虚拟弹体爆炸的难点。虚拟弹体爆炸的传统方法是以粒子系统为基础，采用纹理粘贴的方法，但没有考虑到实际爆炸过程中破片生成及其运动的力学原理和相关特征。本文首先提出了一个适合于虚拟弹体爆炸的具有运动特征的随机半边数据结构。其次，在爆炸力学的基础上，根据爆炸的相关特征构造出虚拟弹体爆炸过程中三个阶段的模型：膨胀模型、破裂模型及破片运动模型。本文利用这三个模型给出了虚拟弹体整个爆炸过程的具体算法。     

初始分离条件对航弹与载机分离安全性影响的数值模拟研究

为研究投放条件对航弹与载机分离安全性的影响,采用非定常计算流体力学数值模拟方法和动网格技术,同时耦合求解六自由度弹道方程,对航弹与载机的分离过程进行模拟。给出载机在不同飞行马赫数、攻角、侧滑角、飞行高度及航弹在不同初始下抛速度、角速度条件下,航弹从载机投放后的分离轨迹和姿态变化规律,研究了这些因素对分离安全性的影响。研究结果表明：初始分离过程中载机对航弹有很强的气动干扰,对航弹的气动特性、分离轨迹及弹体姿态影响很大;随着分离马赫数、投放攻角增大,载机对航弹的气动干扰增强,航弹的分离安全性变差;对于挂载于左侧机翼下的航弹,一定的负向侧滑角有利于弹体与载机安全分离;飞行高度越高,越有利于航弹与载机安全分离;一定的初始下抛速度和适当的下抛初始角速度有利于安全分离。