无人机新型水动力弹射动力学特性

针对现役无人机气压、液压弹射方式结构复杂、功率受限等问题,提出一种新型无人机水动力弹射方案,利用高压水高速喷射产生的反推力作为弹射动力,实现无人机加速起飞。综合弹射器气室状态方程和水室动量方程、喷管能量方程和动量方程、弹射负载力平衡方程等建立高压水高速喷射与弹射负载运动耦合的非线性弹射动力学模型,数值解析了弹射速度与位移、喷管喷射速度和反推力、弹射器气室压力等变化规律,以及弹射器直径、喷管直径和充气压力对弹射性能的影响。结果表明:随着弹射时间增加,弹射速度与位移分别近似呈对数曲线状、指数曲线状增大,喷管喷射速度和反推力、弹射器气室压力呈抛物线状显著下降;当弹射器直径为200 mm、弹射器长度为2 400 mm、喷管直径为20 mm、充气压力为31.5 MPa时,能够将150 kg无人机在16.62 m内加速至25.03 m/s;增大弹射器直径对弹射性能影响不利;增大喷管直径对弹射速度影响不大,但会显著缩短弹射时间和距离、增大弹射过载;在弹射过载满足要求前提下适当增大弹射器充气压力,可减小弹射时间和距离并有助于增大弹射速度。     

电磁无人机弹射技术研究

电磁无人机弹射技术是一种新兴的发射技术,具有隐蔽性好、维护方便、通用性强、机动灵活和可靠性高等优点,研究价值巨大.在假定无人机弹射技术要求不变的前提下,以英国不死鸟无人机为例,着重从力、时间和能量3个方面对电磁弹射进行原理性分析以及运动学分析,分析电磁无人机弹射技术的可行性.理论分析和计算证明现有的脉冲功率技术、功率调节技术、贮能装置和控制等领域的技术进展足以保证电磁无人机弹射系统的实际应用,不存在难以逾越的技术困难,应用前景广阔.     

气液压弹射动力学影响参数分析

为了研究气液压弹射系统动力学参数的影响,通过建立含有蓄能器、液压缸、滑轮组和涡轮阻力器的动力学控制方程,并利用MATlab编写了计算程序;在此基础上,忽略管道接口和气液压阀的流动细节问题,对影响弹射系统效率的因素进行仿真分析并对各参数进行分析;结果表明:蓄能器充油压力、蓄能器容积和液压系统的阻尼特性是影响发射距离和发射起飞速度的关键参数,因此在一定范围内通过调节气液压能源系统参数和改善系统的性能,有助于提高弹射速度、加速度和效率,同时为工程研制提供了重要的理论参考。     

无人机电磁弹射应用综述

无人机电磁弹射技术是一种非常有应用前景的新型弹射技术,与传统的无人机液压/气动弹射技术相比具有一定优势.总结了电磁发射技术实用化面临的难题,归纳了无人机电磁弹射技术有别于一般电磁发射技术的显著特点:弹射频率低、弹射质量小、弹射速度低、弹射动能小等,列举了几种典型无人机的弹射数据,并具体计算了赫尔墨斯450无人机的电磁弹射数据.无人机弹射起飞具有的这些特点,是无人机率先实现电磁弹射的前提与保障.     

无人机压缩空气式弹射装置研究

传统方式起飞的旋翼无人机到达目标位置的飞行时间过长使其在战场上的应用存在局限性。设计了一种以压缩空气为动力源的无人机弹射装置,使无人机能够在较短时间内获得一定初速并达到对应高度。利用求解流固耦合模型软件AUTODYN建立储气瓶不同初始压强、不同泄流尺寸的弹射装置模型,分析了发射体速度、位移与时间关系图,结果表明,在0.3～0.8 MPa之间,发射体初速度随着初始压强和泄流尺寸的增加而增大,发射体由于压缩空气流量不足造成的筒内速度波动可通过提升初始压强、增大泄流尺寸有效改善;并在此基础上搭建试验样机进行测试,多次试验结果表明：当初始压强为0.5 MPa、泄流直径为40 mm、垂直发射状态时,该发射装置可使无人机在发射出筒后获得约15 m/s的初始速度,基本满足设计要求,该方案具有一定可行性,可为此类发射装置的设计、优化提供依据。     

火箭多级筒燃气弹射动力学特性及影响因素

为提高火箭弹射的性能,研究一种新型改进火箭多级筒燃气弹射装置的安全性,对其弹射过程中结构的动力学特性及发射过程中的影响因素进行比较分析。使用有限元方法对该弹射装置的弹射过程进行仿真,将弹射出的火箭位移、速度、俯仰角等结果与实验结果进行对比,验证有限元计算模型的有效性。在有限元模型基础上分析筒节间隙、推力偏心和发射角度对多级筒弹射安全性的影响。分析结果表明：发射角度是弹射安全性的主要影响因素,筒节间隙和推力偏心是次要影响因素,火箭弹射偏转、筒节间相互作用力和横向最大位移增大都是这些因素影响弹射安全性的主要表现;当活塞筒筒节间隙扩大到0.3 mm或发射角度偏转到3°时,会对发射安全性产生较大的威胁。     

氮气弹射系统动特性实时动态仿真

建立了描述高压氮气驱动下导弹发射架弹射导弹的数理模型 ,求得氮气弹射系统的动特性参数随时间的变化规律 ,对导弹俯仰角的控制原理和方法进行了研究 .还分析了气源压力、导弹重量、弹射机构几何尺寸和物理性质对导弹分离参数的影响 ,并应用混合编程技巧 ,实现氮气弹射系统运动学和动力学的实时仿真 ,将导弹的分离过程可视化 ,以便判断氮气弹射系统的运动规律、运动特性是否满足给定战技要求 .     

某型无人机飞行动力学仿真软件设计

无人机飞行动力学仿真是无人机飞行控制系统半实物仿真系统的重要组成部分。为了开发一种实用型的无人机飞行动力学仿真软件,考虑无人机飞行动力学仿真的实时性和精度问题,基于四阶龙格-库塔算法,对无人机飞行动力学非线性模型的实时仿真进行研究,设计和开发了无人机飞行动力学实时仿真软件,并成功应用于某型无人机飞行控制系统的半物理仿真试验。试验和测试结果表明：该动力学仿真软件设计合理并满足飞行仿真要求,具有一定的工程应用价值。     

某无人机火箭助推发射段动力学仿真

为研究某无人机火箭助推发射起飞段的动力学特性,建立其动力学模型并进行了仿真;依据某无人机的真实结构和实际发射情况,建立无人机发射系统的三维实体模型,导入ADAMS中,并基于多刚体动力学方法对无人机仿真模型进行动力学仿真;通过仿真分析,得出了无人机平稳起飞的合适的火箭安装角和机体发射角,为无人机发射技术提供了一定的参考.     

导弹冷弹射过程建模及动力学仿真研究

利用数值模拟方法研究导弹冷弹射过程的动力学特性及技术可行性。基于地面气源向发射筒供气推动导弹出筒的冷弹射原理,并借助于虚拟样机技术及有限元方法,在Adams/View中建立单发防空导弹弹射过程刚柔耦合动力学模型。以导轨和滑块配合间隙及风速为变量进行仿真,得到了发射筒振动和导弹扰动情况的动态数据以及不同间隙和风速对导弹离筒姿态的影响。结果表明,风速对导弹冷弹射有较大的影响,合理的配合间隙有利于导弹冷弹射出筒。     

国外无人反水雷装备及技术发展

随着“零伤亡”战争理念日趋深入人心,雷区无人化已逐步成为未来水雷战的发展趋势,无人系统作为新质作战力量,其在反水雷领域的应用发展备受瞩目,值得深入研究。根据国外无人反水雷发展现状,梳理对比了无人水下航行器、无人机、无人艇在反水雷领域应用的技术特点和典型装备技术战术指标,阐述归纳了无人反水雷装备发展在能源动力、自主控制、协同控制、布放回收及隐蔽隐身等方面的关键技术,并针对遥控方式、通用设计、功能拓展、协同发展等方面总结分析了未来发展趋势,可为我国无人反水雷发展提供一定的参考。     

二冲程航空活塞发动机增压匹配研究和优化

针对二冲程航空活塞发动机高空功率下降问题开展增压匹配的相关研究。建立二冲程非增压航空活塞发动机的一维仿真模型,并对仿真模型进行了实验验证;以校验后的非增压发动机模型为基础匹配了增压器,建立增压发动机模型。通过废气涡轮增压匹配进行不同海拔高度条件下的匹配计算;研究高空环境下二冲程增压发动机的工作情况,提出利用排气系统结构优化拓宽增压器的工作范围,利用废气旁通阀控制增压程度方法对增压系统进行优化。获得了在7 000 m海拔高度能够实现76%功率恢复的增压型二冲程航空活塞发动机,满足某无人机平台飞行任务剖面对发动机的需求。     

基于改进A*算法的多无人机协同战术规划

多无人机协同作战是未来无人机作战方式的重要发展趋势。为增强多无人机系统的任务执行能力,提高系统整体作战效能并实现高效资源分配和调度,提出一种基于改进A^*算法的多无人机协同战术规划方法。按照离线规划和重规划两方面,设计战役层和战术层的作战目标迭代优化方案;建立编队协同作战的数学模型,以编队成员间的时间协同和碰撞协同代价为变量,得到多约束条件下的综合编队目标函数;结合多层变步长搜索策略和单步扩展的搜索方式,基于改进A^*算法,用于求解复杂战场环境下的多无人机编队协同作战航路。分别利用改进A^*算法和传统A^*算法进行对比仿真实验。仿真结果表明,多无人机协同战术规划方法能够较好地完成作战任务,改进A^*算法能够获得更优的航路,从而验证了所提算法的有效性。     

枪弹动态挤进阻力理论与实验研究

枪弹挤进过程具有非线性、瞬时性等特征,对枪管寿命和射击精度有着重要的影响。为揭示弹-枪相互作用机理,通过理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法,开展枪弹动态挤进阻力模型研究。采用显式动力学有限元方法,借助Abaqus软件模拟枪弹动态挤进过程。利用多参数同步测量技术进行动态挤进实验,验证数值模拟的有效性。基于完全非弹性碰撞假设,考虑弹头材料静态强度、动态变形力和高速运动下摩擦力的作用,结合弹头运动、弹-枪结构参数,构建动态挤进阻力模型,分析影响挤进阻力的关键因素,并与数值模拟进行对比。结果表明,动态挤进阻力先增大后减小,在弹头圆柱部完全嵌入坡膛时达到最大值,弹头挤进速度和挤进过程中的体积变化率为影响动态挤进阻力的关键因素,该模型理论值与数值模拟结果一致性较好,能准确描述弹-枪相互作用过程。研究成果可充实枪弹设计理论,为轻武器系统优化提供理论参考。     

内圈倾斜角对高速角接触球轴承动态特性的影响

由于加工装配误差不可避免,高速角接触球轴承内外套圈之间普遍存在不同程度的倾斜角。套圈倾斜角对轴承的运转性能有很大影响,在某些条件下甚至造成轴承失效。针对上述情况,给出一种综合考虑套圈倾斜角、高速离心效应的轴承分析计算模型,采用Newton-Raphson法计算内圈存在倾斜角条件下高速角接触球轴承动态特性。结果表明:轴承转速升高,内圈倾斜角引起的轴承接触应力波动变弱,旋滚比、公转转速波动变化均增强,可见在高速下内圈倾斜角更易引发与轴承热相关的失效模式而非常见的疲劳失效;对于承受联合载荷的角接触球轴承,适当的内圈倾斜角可在一定程度上减弱由径向载荷所带来的接触角、公转速度、旋滚比波动,并显著增大轴承径向刚度和角刚度;存在内圈倾斜角时,氮化硅陶瓷球轴承在接触角、旋滚比、公转转速、动态刚度方面表现均优于钢球轴承,但套圈接触应力与钢球轴承相比对内圈倾斜角更加敏感。     

基于不同湍流模型的水下航行体圆柱结构流动特性数值模拟

为提高水下航行体的隐身性能,探究不同湍流模型对水下航行体圆柱结构水动力数值模拟的影响。基于OpenFOAM开源计算流体力学工具包,进行水下航行体圆柱结构的数值模拟。开发3种混合湍流模型嵌入OpenFOAM工具包,3种模型分别为尺度自适应模拟方法、部分平均N-S方程方法和改进的延迟分离涡方法。基于开发的3种模型进行数值计算仿真,得到水下航行体典型圆柱结构的绕流场分布以及受力特征。研究结果表明：湍流模型的选取对于水下航行体水动力模拟有着显著影响,所得结果对后续探究水下航行体辐射噪声的研究具有指导意义。     

异形炸药部件的水射流安全分解技术

针对大尺寸、异形炸药部件的安全分解问题,提出基于水射流技术的炸药安全分解技术的设计方案。根据炸药部件的结构特点和材料属性,建立水射流切割炸药部件的有限元数值仿真模型;通过分析炸药材料在不同水射流速度下切割过程、极限应力水平及损失情况,不断优化水射流速度,在确保形状复杂的炸药部件不被冲击引爆和几何结构不遭受彻底破坏情况下对炸药部件进行分解。分解后的炸药块保持形状完整,内部无损伤缺陷,能够为进一步分析炸药部件的物理化学性能提供有效样品。对厚度为75 mm的百千克级空心圆柱型炸药部件的实施分解试验,按照该设计方案最终获得优化后的水射流速度为293 m/s.试验结果证明,炸药分解设计方案可行,设计的分解装置通用性强,能够为安全分解大尺寸、大当量、复杂结构炸药部件提供有效的技术支持,具有一定的推广应用价值。