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。     

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。     

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。     

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。     

草酸铵对赤磷发烟剂发烟量的改善

用草酸铵对含氧化剂和不含氧化剂的赤磷发烟剂进行了发烟量改善试验研究。结果表明，草酸铵能显著提高赤磷发烟剂的发烟量，尤其是对不含氧化剂的赤磷发烟剂；当草酸铵的加入量达到最佳值时，其发烟量与黄磷的发烟量几乎接近。     

密闭爆发器中Al/KClO4点火器的输出性能研究

Al/KClO₄点火器的输出性能是火工分离装置总体设计的关键参数。为了更准确地描述Al/KClO₄点火器的输出性能,通过修正经典内弹道方程组假设,引入火药力修正系数,建立了改进Al/KClO₄内弹道分析模型。编写Matlab数值求解算法,计算了密闭爆发器内Al/KClO₄点火器压力峰值、压力上升时间和单位面积冲量等参数,结合实验分析了这些参数随药量和空腔容积的变化规律,计算结果与实验结果吻合较好。研究表明,Al/KClO₄点火器产生的压力峰值随药量的增加而增大,随空腔容积的增加而减小,在小容腔（<5 mL）范围内,空腔容积增加1倍,压力峰值下降约40%.     

原材料粒径对烟幕红外消光能力影响的研究

运用傅立叶变换红外光谱仪由对不同粒径的材料组成的抗红外发烟剂进行了测试，对发烟剂原材料粒径影响烟幕红外消光能力的规律及成因进行了研究。结果表明：在试验测试范围内，发烟剂原材料中氧化剂和还原剂粒径越小，形成烟幕的红外遮蔽能力越强；成烟物质粒径越小，红外遮蔽能力越强。根据影响规律设计了新型发烟剂，其在远红外波段的遮蔽能力优于制式HC发烟剂。     

发烟罐烟雾质量浓度时空分布特性

发烟罐是对近地激光类武器系统实施无源干扰的有效手段,研究其烟雾质量浓度时空分布特性,是准确获取激光在烟雾环境下传输特性的基础。基于离散相扩散模型,采用计算流体力学软件Fluent对一种小型发烟罐的烟雾扩散过程进行仿真模拟。分析烟雾释放后不同阶段的质量浓度时空分布特性,以及风速、质量流率等参数对烟雾扩散速度、质量浓度分布的影响规律。结果表明：无风时,烟雾在喷涌阶段呈伞状,停止喷涌后烟雾在弥散阶段呈团状并存在一个质量浓度较大的烟环;在仿真设定条件下最佳风速在2~3 m/s附近;烟雾的空间质量浓度与质量流率呈线性关系;所得成果可为下一步研究近地激光类武器系统抗烟雾干扰性能提供技术参考。     

爆炸型烟幕弹遮蔽效能仿真研究

传统的烟幕仿真方法通常使用假定风场均匀稳定的高斯模型或者拉赫特曼扩散理论,这些方法忽略了实际大气边界层复杂多变的特点。为了解决这一问题,建立一个基于计算流体力学（CFD）方法的爆炸型烟幕弹遮蔽效能仿真模型。运用拉格朗日方法,基于在椭球体内均匀生成随机粒子的方法构建初始云团。分析烟剂燃烧放热对初始云团的热力效应,结合CFD方法和离散相模型对烟幕粒子的扩散进行模拟,得到烟幕质量浓度的时空分布。通过计算面密度得到烟幕对可见光的有效遮蔽区域。效能仿真结果与试验结果和拉赫特曼模式结果对比,证明了该模型的有效性,表明烟幕弹遮蔽效能仿真模型在爆炸型烟幕弹的前期扩散阶段较好地反映了烟幕形状及长度、高度的变化规律。     

烟幕干扰效果评估方法研究

研究了烟幕干扰设备对光电成像系统和光电制导系统干扰效果的评估方法,分别提出了相应的干扰效果评估准则。烟幕对观瞄用光电成像系统干扰效果的定性评估可以按照干扰对目标识别的影响程度划分为3个等级,定量评估可以采用实施干扰前后图像之间的相关函数作为评估指标,按照相关函数值的大小将干扰效果划分为3个等级;烟幕对跟踪用光电成像系统的干扰效果可以根据光电成像系统能否输出有效跟踪脱靶量以及脱靶量是否超出正常跟踪精度的3倍判定干扰是否有效。对于光电制导系统,可以根据实施烟幕干扰后制导武器的脱靶量是否超出正常制导精度的3倍或杀伤半径判定干扰是否有效,并根据干扰成功率的大小划分干扰等级。     

基于红外定量分析方法检测烟幕粒子质量消光系数

烟幕粒子的质量消光系数是表征其遮蔽能力的重要参数。本文提出运用红外傅立叶变换光谱仪检测微粒红外吸光度，该技术基于红外定量分析原理，无需使用烟箱装置，在实验室内即可完成对新型气溶胶粒子消光性能的快速测试和评估。将一定质量的粉末样品均匀地分散在某种有机溶剂中，制作成悬浊液，运用红外光谱仪扫描后得出相应的吸收谱图。通过分析、计算求出粒子在测试波段的质量消光系数，所得结果与烟箱试验数据吻合较好，从而证实上述测试方法准确、可靠，测试成本较低，可用于新型烟幕材料衰减性能的初步鉴定、评判，是传统测试技术的辅助和补充。     

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.     

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.     

短切碳纤维云团对毫米波/红外复合干扰性能影响

为了研究短切碳纤维云团对毫米波/红外的复合干扰性能,构建了实验测试平台。在静风条件下进行了1.5 mm/4 mm碳纤维爆炸分散实验。研究了爆炸分散云团形成过程。测试并分析了云团对3 mm波、8 mm波和8~14μm红外的干扰性能。结果表明,爆炸方式能够有效分散短切碳纤维。在实验的弹体结构和装填参数条件下能够形成稳定的烟幕云团,呈现优良的毫米波/红外复合干扰性能。对毫米波和红外的最大衰减大于95%。对3 mm波的有效作用时间(单程衰减分贝数≥5.2 d B)不小于1 min,对8 mm波能达到30 s以上,对红外靶标的有效遮蔽时间(衰减率≥85%)大于20 s,碳纤维长度的变化对毫米波干扰性能影响较大。     

基于GIS 的化工毒气危险区域分析

为避免因毒气短时间内泄漏扩散而造成大范围的人员伤亡,以主要毒气扩散模型为基础,研究分析了毒气扩散原理,基于毒气扩散特点选择了合适的泄漏扩散模型。并根据毒负荷准则计算公式和实时条件参数,基于GIS进行了毒气扩散后危险区域的划分计算;最后对其显示流程进行模拟,包括计算参数输入、模块选择计算、图层生成和结果显示,使毒气危险区域分析结果直观实用。     

基于高斯分段烟羽模型的海上核素弥散模型

根据海上核事故核素弥散特点,选择高斯模型进行模拟,基于高斯分段烟羽模型对事故发生后较短时间内的核素弥散情况进行了模拟分析,通过Matlab编程模拟烟羽扩散形式,得出了短时间内事故舰船周围的核素分布情况,从而对受时间和风场影响的核素弥散过程实现了实时烟羽动态模拟。整个核素弥散过程可预报一定时间内核素弥散路径和影响范围,为核救援方案提供参考。     

坦克行驶扬尘浓度分布特性数值模拟研究

战场扬尘浓度分布对激光引信抗扬尘干扰研究具有重要意义。基于计算流体力学方法,应用重正化群k-ε模型和离散相模型,数值模拟单辆坦克行驶产生的扬尘分布规律。分析计算域内不同截面的扬尘浓度分布云图和平均浓度随时间的变化趋势,得到坦克不同行驶速度对扬尘浓度分布的影响规律。结果表明：坦克尾部扬尘浓度在近坦克尾部变化更迅速,而在远离坦克尾部区域扬尘浓度值动态范围更大;重力对扬尘扩散的影响可以忽略;坦克行驶速度越快,则扬尘扩散范围越大,且在垂直方向上扬尘浓度呈指数规律衰减。     

抗红外烟幕中固体消光材料的研究进展

开发高效环保型抗红外烟幕已引起了国内外广泛关注,为此,世界各国积极致力于发展低毒固体红外消光材料,现已报道的有金属类、新型碳材料类和抗红外复合材料。本文介绍了固态气溶胶粒子红外消光特性的研究现状,综述了上述三类材料的研究进展,指出了气溶胶粒子的消光特性仿真研究、纳米新型碳材料和金属薄膜复合材料仍是未来重点研究的方向。建议积极关注和探索纳米红外吸波材料、单向吸波材料和金属化生物体红外吸波材料,这些材料有望成为新一代的抗红外烟幕消光材料。附参考文献63篇。     

惯性测量组合误差系数漂移的贝叶斯估计

提出了测试时间间隔对惯性测量组合误差系数影响的独立条件；采用误差系数漂移率评定干扰因素对惯性测量组合的影响度量；利用Bayes方法，对未知均值与精度下产生误差系数漂移的正态过程进行参数估计并给出了结果。