基于虚拟现实技术的可靠性、测试性、维修性、安全性、保障性设计

高质量武器装备除了要满足装备的功能需求外,更要保证装备具有高的可靠性、便于故障检测和维修且安全好用,这是可靠性、测试性、维修性、安全性、保障性(简称五性)设计工作的目标。对基于虚拟现实技术的五性设计方法进行总体描述,明确五性的各自特点及要求,提出五性设计中能够应用虚拟现实技术的工作,最终初步建立一种虚拟现实环境中进行五性设计的虚拟系统体系结构。总结未来值得关注的研究方向并进行初步探讨,为装备综合效能的实现和全寿命周期费用的控制优化提供工程技术手段和方法。研究结果表明,利用虚拟现实技术把抽象、复杂的计算数据转换为直观、用户熟悉的可视化三维影像,不仅可以使五性设计人员直观理解各项工作的内容,避免交叉重复性工作,减少故障的遗漏,而且可以使装备设计人员更好地利用五性设计的结果,持续优化改进设计方法,提高装备的质量,充分发挥五性设计的作用。     

大型复杂武器系统可靠性和维修性指标的总体优化方法

可用性是装备效能的重要组成部分,是装备常规技术性能得以发挥的前提。通过对大型复杂武器系统层次结构和可用度基本关系式的研究,采用数学分析方法确定了各分系统可用度指标协调改进的基本原理。研究了在工程实践中,各分系统的指标改进难度对改进次序的影响,设计了分系统级可用性和设备级可靠性维修性指标优化的计算方法并确定了算法流程。采用Matlab编程,以某型舰为例,检验了算法的可行性与有效性,给出了完整的计算示例,从而可为以最小的代价实现和改进装备总体可用度指标,使各分系统所属设备的可靠性和维修性指标形成一个整体的要求,提供理论依据和方法。     

引信微机电安全系统的可靠性分析与改进

在引信微机电（MEMS）安全系统结构设计与仿真分析的基础上,对其开展了量化的工作可靠性水平评估,并进行设计方案的改进和试验验证。针对小口径弹药引信的工作环境特点,给出MEMS安全系统的设计方案和关键结构的设计要求,并利用有限元仿真分析初步确定设计方案的可行性。同时,为在结构仿真分析的基础上开展定量的可靠性分析,提出基于有限元法的结构可靠性仿真方法及其实现流程,并以ANSYS软件为例提出CAE程序的集成方法和实现步骤,解决可靠性分析程序对有限元软件工具的自动调用问题。综合考虑载荷、结构尺寸和材料参数等因素的随机性,分析关键结构的可靠性水平和主要的影响因素,并据此给出了增加电推冲器装药量、控制关键尺寸的变异系数和取消闭锁机构等改进建议。加工MEMS安全系统的实物样机,并通过试验验证了该设计方案的可行性。     

R&M对某车载榴弹炮系统效能影响分析

在分析可靠性、维修性与构成武器系统效能的3个因素之间关系的基础上,结合某型车载榴弹炮系统组成及其基本战术运用方式,依据马尔可夫随机过程理论,建立了该车载炮系统可用度向量、可信度矩阵计算模型,计算了系统的固有能力,从而构建了系统效能分析模型,并按照参数灵敏度分析的一般方法和步骤,借助Matlab软件进行了可靠性、维修性参数对系统效能的影响分析。分析结果表明,该型车载榴弹炮所采用的火控系统和卡车底盘具有较高的可靠性。     

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。     

自动步枪刚性抛壳可靠性分析与设计方法研究

动作可靠性是机构设计中必须考虑的重要因素,也是衡量系统质量好坏的关键指标。为研究自动步枪抛壳机构的动作可靠性,确立了影响抛壳动作可靠性的主要影响参数,建立了一套自动步枪刚性抛壳可靠性分析与设计流程。构建了刚性抛壳动作可靠性简化虚拟样机模型,通过仿真表明抛壳挺位置、抛壳窗后挡板位置和抛壳速度是影响抛壳动作可靠性的主导因素;自动机速度足够大时,重力对抛壳动作可靠性的影响较小;给出了抛壳挺位置确定方法,确立了抛壳窗定位尺寸的取值方程,为自动步枪结构设计提供了参考和依据。还设计了一套可调节抛壳窗后挡板位置的装置并进行射击实验,实验结果与动作可靠性仿真结果一致,表明该方法有效性和适用性较好,具有一定的理论意义和工程应用价值。     

变深度发射性能可靠性影响因素多元逐步回归分析

针对某发射系统变深度性能可靠性影响因素最佳子集获取问题,综合考虑设计偏差、装药性能偏差和环境因素,建立诸因素影响程度的多元逐步回归模型。以性能试验信息为基础,对试验数据中诸影响因素进行相关性分析,计算给出诸影响因素的相关系数,回归分析结果与试验测量结果相吻合;以此为基础进一步获取环境因子进行性能折算,结果表明经多元回归分析修正后的性能参数的估计误差标准差缩小,可有效提高变深度发射性能可靠性的估值精度。     

装甲车辆用立式弹药舱的设计与动力学分析

为分析输送链条的动力学特性和弹药的稳定性,将所有链节及弹架两侧双排滚子简化为弹簧阻尼单元,采用多体系统动力学和运动弹性动力学理论,建立输送链条的完整动力学模型和弹药的稳定性模型。借助Matlab软件,对输送链条的整体动力学模型进行数值仿真,并求解弹药的稳定性模型。通过数值仿真结果可知：在不同驱动功率下输送链条的速度、加速度均窄幅波动;轨迹线的形状特征决定了弹药离心力的动力学响应和突变特性,离心力的突变特性对弹药运动法线方向稳定性具有较大的影响,而弹药在运动切线方向上的稳定性主要受自身惯性和输送链条的动力学参数影响。根据弹药上部的摆动位移响应可知,弹药在运动法线方向和切线方向具有较好的动态稳定性。采用试验测量方法,得到输送链条的切线方向加速度与弹架的法线方向加速度值,测量数据与仿真结果较为吻合。     

激光平行检测阵列弹幕测试系统安装误差分析及修正

针对线激光平行检测阵列测试弹幕武器密集度时的结构误差问题,研究了不同安装误差情况对测量误差的影响,给出了误差传递关系式。定量分析了安装误差引起的测量误差分布情况,并分析了靶面面积为10 m×10 m,靶框安装距离误差5 cm,向右倾斜2°,向后倾斜2°时,3种典型误差同时存在情况下的测量误差分布情况。结果表明：x坐标最大误差为-10.87 cm,y坐标最大误差为2.13 cm,且x坐标为负误差,y坐标为正误差。结合测量误差分布情况,进行了存在安装误差情况下的坐标测量实验,根据实验数据进行了误差修正。     

基于弹载地磁测试的高速旋转稳定弹锥形运动分析

为了研究高速旋转稳定弹丸在飞行过程中的锥形运动规律,采用弹载地磁姿态测试方法,通过分析当地地磁矢量、弹丸速度矢量及弹轴地磁测试分量间的角度关系,构建高速旋转弹丸角运动规律及参数的测试模型。给出弹载地磁测试的试验方法,构建测试平台及相应的标定与校正设备,通过试验测试获得了地磁测试数据,完成了地磁测试数据的信号滤波与姿态解算,得到弹丸锥形运动的轨迹曲线。结合弹丸角运动模型对测试弹丸的角运动过程测试结果进行分析,进一步分解得到了弹丸进动、章动运动规律。分析结果表明弹载地磁测试与弹丸角运动模型可以相互支撑,能准确揭示高速旋转弹锥形运动的规律。     

基于试验结果可信度的装甲车辆测试性综合评估方法研究

由于外场试验自然故障样本量不足、实验室试验评估结果优于装备测试性真实水平,装甲车辆定型阶段缺乏科学的测试性评估方法。从条件概率定义出发修正了测试性预测模型,研究得到了测试性评估结果与试验评价方式关系,提出了基于外场试验、实验室试验、分析评价的测试性综合试验方法,构建了试验结果可信度计算模型和按照可信度确定不同试验结果权重的测试性综合评估模型。案例应用结果表明：基于试验结果可信度的测试性综合评估方法既解决了外场试验样本量不充分问题,又提高了试验操作的可行性和评估结论的科学性,为装甲车辆测试性试验提供了方法支持。     

装甲战车底盘任务可靠性分析

该文根据某装甲战车底盘寿命试验数据 ,引入任务可靠性概念 .对任务可靠性、任务剖面、连续行驶距离等做了说明 .对平均故障间隔距离、任务可靠度及其置信区间、平均故障间隔距离估计区间等做了计算 .为装甲战车底盘的可靠性分析计算提供了实例和参考 .     

基于任务-网络模型的装甲车辆乘员脑力负荷评价方法研究

以多资源理论(MRT)为基础,充分考虑装甲车辆乘员作业特点,从人的信息处理方式入手建立了基于信息执行通道的乘员任务-网络模型,提出了基于任务-网络模型的装甲车辆乘员脑力负荷评价方法。以装甲车辆炮长发现目标并射击任务操作为实例进行分析评价,结果表明,该方法能够清楚地描述乘员全任务过程中脑力负荷的变化情况,有效地找出脑力负荷异常的时间节点和产生原因,量化评估乘员的脑力负荷。     

面向装甲车辆乘员信息处理的作业时间预测模型研究

作业时间的准确预测是装甲车辆乘员信息处理作业状态研究的关键,对提高人机系统的作战效能具有重要意义。针对乘员作业类型向信息处理作业转变的基本趋势,以信息录入典型信息处理作业为研究对象,对其信息处理作业操作元和认知过程进行了系统分析。基于乘员操纵特性和认知特性构建了信息录入作业时间预测模型,并面向任务对预测模型进行了实验验证,旨在为解决应急任务条件下乘员信息处理作业时间预测问题探索新的途径。结果表明,该模型能够清晰地描述乘员信息录入作业的认知过程,准确地预测作业时间,具有较好的预测精度和可重用性,是一种有效可行的信息处理作业时间预测模型。     

电传动装甲车辆混合动力系统功率流控制策略

针对一种串联式电传动装甲车辆混合动力系统,制定了多算法联合的多动力源系统功率流控制策略,由不同的控制算法实现不同的控制目标。利用小波变换算法分离负载需求功率中的高频分量和低频分量,分别分配给超级电容和具有较低输出截止频率的动力源,实现负载频率特性与动力源输出特性相匹配。采用模糊控制算法实现了电池的荷电状态工作范围的优化控制,设计了基于系统效率最优的负载需求功率低频分量的二次分配策略,实现了负载需求功率低频分量在发动机-发电机组和电池间分流时的系统瞬时效率最优控制。仿真分析和实车试验结果表明：所设计的功率流控制算法实现了对多动力源系统的多目标优化控制,达到了预期的控制目标,可应用于电传动装甲车辆混合动力系统的功率流控制。     

基于关联维数迭代局部投影算法的装甲目标声信号去噪研究

为了抑制装甲目标声信号中包含的噪声成分,消除其对信号特征提取的不利影响,针对局部投影法中邻域半径选取困难的问题,提出了一种基于关联维数迭代的局部投影算法（CDBI-LPM）。对典型混沌系统Lorenz序列分别叠加不同噪声水平的高斯白噪声,得到信噪比为20 dB和10 dB的含噪信号,运用本算法对其进行去噪仿真实验。结果证明,本算法不仅简化了计算量,而且可以使Lorenz系统的动力结构得到良好的恢复。应用本算法对坦克和轮式装甲车两类装甲目标的实际声信号进行去噪处理,样本信号的噪声强度显著下降,关联维数减小,信号序列的吸引子结构由杂乱变得有序,说明了本算法可有效消除非线性信号中所含噪声。     

装甲车辆舱室人机界面虚拟评估系统

针对目前装甲车辆舱室人机界面评估中依托实车实验,以经验为主,耗时耗力的现状,运用虚拟现实技术,采用独立式系统集成方法,开发了装甲车辆舱室人机界面虚拟评估系统,并结合具体装备进行了应用,验证了系统的有效性.该系统可用于装备研制阶段的入机界面辅助评估和现装备的人机界面适应性改造.     

装甲车辆乘员可靠性生理心理影响因素测试研究

分析了装甲装备乘员生理心理素质的基本内涵,并结合坦克驾驶考核确定了乘员可靠性心理影响因素测试的内容,即乘员的深度知觉能力、双臂协调能力、注意集中能力、注意分配能力以及反应能力等。采用“砍头去尾法”对测试结果进行处理,并运用概率密度分布比较和威氏检验相结合的方法对测试结果进行分析。分析结果表明：上述能力高的乘员其可靠性也较高;该法对于装甲装备乘员选拔有一定的指导意义。     

装甲车辆驾驶舱工效学试验系统方案研究

针对开展装甲车辆人机工效研究缺乏试验手段的问题,设计了一套驾驶舱工效学试验系统.试验系统在半实物仿真的基础上采用模块化设计,具有人机界面空间布局可设定的特点,并融入了工效分析功能.试验表明,系统能够用于作业可达性和可视性、操纵力适宜性、仪表信息可判读性、作业任务复杂性、驾驶员作业可靠性等方面的工效研究.