检索结果-南通市图书馆

作者：郑子玙南京理工大学

学位级别：硕士

气动加热及热防护技术是制约高超声速弹箭发展的重要因素之一。高超声速弹丸头部在飞行过程中的气动加热现象十分严重,具有高焓、高压、高热流等特点。当大量的热量集中于弹丸表面后,长时间积累的热量超过固体材料的最大热容量,就会产... 详细信息

气动加热及热防护技术是制约高超声速弹箭发展的重要因素之一。高超声速弹丸头部在飞行过程中的气动加热现象十分严重,具有高焓、高压、高热流等特点。当大量的热量集中于弹丸表面后,长时间积累的热量超过固体材料的最大热容量,就会产生烧蚀现象。大多数弹箭为轴对称体,由于弹头烧蚀导致的外形不对称会使弹箭出现不确定的非对称力和力矩现象,影响落点精度,严重时会造成弹头解体。因此,准确地进行气动热及弹丸烧蚀外形预测分析对于高超声速弹箭的发展具有重要意义。本文研究内容包含以下几个方面:(1)建立了弹丸头部区域的流场计算模型,在考虑热化学反应的情况下,基于表面反应和二维非稳态热传导方程,建立了高速流场与弹丸结构紧密耦合的流—固热耦合传热模型。湍流模型使用SST K-ω模型,此模型可以精确地预测转捩点的位置。辐射模型使用DO辐射模型,此模型对于高超声速弹丸表面加热严重的局部区域不会过高地估计辐射热流。(2)以某外形高超声速弹丸为研究对象,采用匹配网格方法,对其气动热进行预测分析,对比计算分析了有、无考虑化学反应对于弹丸表面气动热的影响。结果表明:考虑化学反应会增加弹体表面热流密度,使得弹体表面及其驻点处温度均有明显提高;在飞行速度为5.5Ma、时间为5s的情况下,随着飞行高度的增加,弹体表面及其驻点处的温度会降低,各高度上考虑化学反应较未考虑化学反应弹丸驻点处的温度提高了约17.65%;随着来流马赫数的增大,化学反应产生的热量增多,弹体表面及驻点处的升温幅度变大。(3)基于高温化学非平衡模型,建立了烧蚀传热模型,以阿伦尼乌斯方程为基础对钨制弹丸表面进行烧蚀模拟分析,使用非匹配网格方法,对低空飞行条件下的小头部半径弹丸进行了气动热烧蚀计算。结果表明:在标准海平面高度、头部半径为5mm的弹丸以6Ma的速度在飞行过程中发生了烧蚀现象;弹丸头部区域发生了明显的转捩现象,在发生烧蚀现象的初始时刻转捩点位置处的温度最高;在6.5s时,弹体表面达到烧蚀温度,弹体边界开始后移,随着飞行时间的增加,弹体边界变形量不断增大,至20s左右,弹体表面最大位移量约达6.41mm。(4)在不同飞行高度、头部半径、飞行速度等条件下对高超声速弹丸头部烧蚀形状进行了对比分析。结果表明:飞行高度及飞行速度的变化在很大程度上影响着弹丸头部的烧蚀形状,飞行高度降低或速度增大时,弹丸边界最大位移量增大,烧蚀区域的面积增大;弹丸头部半径的改变在一定程度上影响着弹丸头部的烧蚀形状,随着弹丸头部半径的增加,气动烧蚀现象出现所需要的时间逐渐变长,其边界处的最大位移量逐渐减小,但是烧蚀区域在弹轴上的投影长度没有明显的变化。本文的研究内容对气动热及弹丸头部烧蚀预测分析具有一定的参考意义。

关键词：高超声速气动热预测气动烧蚀流—固热耦合

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某中口径指令制导弹药电磁式舵机设计

某中口径指令制导弹药电磁式舵机设计

作者：孙娟南京理工大学

学位级别：硕士

本文结合在研某中口径指令制导弹药武器系统,详细阐述了其舵机的系统组成、工作原理、结构设计和仿真设计。方案设计遵循了可靠、简单、实用的原则。此电磁式舵机具有结构紧凑、体积小、价格低、响应速度快、抗高过载能力强、可靠性高... 详细信息

本文结合在研某中口径指令制导弹药武器系统,详细阐述了其舵机的系统组成、工作原理、结构设计和仿真设计。方案设计遵循了可靠、简单、实用的原则。此电磁式舵机具有结构紧凑、体积小、价格低、响应速度快、抗高过载能力强、可靠性高等优点,适用于小型旋转制导弹药。试验和应用结果表明,该舵机设计方案合理可行。结合某中口径指令制导弹药武器系统研制项目的实际需要开展研究,在满足总体技术指标要求的条件下,侧重于控制技术实施方案的研究。研究内容重点包括如下内容： 1)对某中口径指令制导反导弹药的系统控制方案进行了理论研究。 2)根据某中口径指令制导反导弹药武器系统的特点,研究选择相适应的舵机类型。 3)通过对电磁铁静态特性的研究的四种方法：经验公式法、磁路微分法、ANSYS有限元分析和等效磁路法的计算比,得到不同位置和电流下的电磁吸力,选取合适的线圈高度,衔铁厚度。 4)通过运动模型、电路模型和磁路模型对电磁铁的动态特性进行验证。 5)采用ANSYS自带语言进行编程来对衔铁进行优化,选择合适的衔铁厚度。

关键词：舵机电磁式舵机电磁铁仿真

DSMC与桥函数方法在远程弹箭过渡区气动力计算中的应用研究

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DSMC与桥函数方法在远程弹箭过渡区气动力计算中的应用研究

作者：张利南京理工大学

学位级别：硕士

根据高空飞行器不同飞行高度上大气的稀薄程度,可将其飞行高度分为三大区域,即低空稠密大气中的连续流区、高空极低密度的自由分子流区以及位于这两个区域之间的过渡流区,衡量气体稀薄程度的参数则是克努森数Kn。连续流区气动力系数的... 详细信息

根据高空飞行器不同飞行高度上大气的稀薄程度,可将其飞行高度分为三大区域,即低空稠密大气中的连续流区、高空极低密度的自由分子流区以及位于这两个区域之间的过渡流区,衡量气体稀薄程度的参数则是克努森数Kn。连续流区气动力系数的计算方法是基于连续介质模型,而在稀薄气体中连续介质模型不再成立,基于连续流基本方程的流动求解方法不再有效。目前,远程弹箭的弹道高度可达到80km,甚至80km以上,远程弹箭长时间在过渡流区飞行,因此,建立过渡流区气动力系数计算模型对远程弹箭的研究有重要意义,而将DSMC数值模拟技术与桥函数方法相结合是一种行之有效的方案。本文首先研究了DSMC模拟方法所用到的数学模型,包括分子间的碰撞模型及两分子碰撞后速度的求解公式、分子物面相互作用模型、碰撞对的选取等,同时也给出了它们在DSMC模拟中的实现办法。并利用DSMC程序对几种简单外形物体在不同马赫数和不同克努森数下的绕流流场进行了模拟计算。其次,为了在工程设计初始阶段快速计算远程弹箭在过渡区的气动力系数,提出了一种工程估算方法——桥函数法。本文结合DSMC模拟结果,构造了sine-squared和erflog两种桥函数,分析了它们在过渡区气动力系数计算方面的适用性问题。数值计算表明,sine-squared和erf-log均能较好地计算过渡区气动力系数,而erf-log桥函数中的待定参数依赖于DSMC的模拟结果,计算不够快捷方便,因此本文选择sine-squared桥函数计算远程弹箭在过渡区的气动力系数。最后,基于sine-squared桥函数,建立了某远程弹箭过渡区气动力系数桥函数一体化计算模型,并利用三维球单锥的DSMC模拟结果验证了该模型的可行性,然后利用该模型对远程弹箭在过渡区的气动力系数进行了计算和分析。分析表明稀薄气体效应对过渡区的气动力特性有很大的影响,随着稀薄效应的增强,弹箭的升力、阻力和俯仰力矩系数都有明显地增加,升阻比则会减小,压心位置向前移动。

关键词：远程弹箭稀薄流动 DSMC方法气动力系数桥函数方法

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地炮闭环校射弹射击方法研究

地炮闭环校射弹射击方法研究

作者：张聪南京理工大学

学位级别：硕士

地炮闭环校射指的是弹丸在飞行过程中可以自主测得其弹道信息,并发送回火炮阵地,火控系统对测量的弹道参数进行气动参数辨识、及其后续飞行弹道的预报,解算出弹丸的落点坐标,并与火炮瞄准的目标坐标对比,获得落点坐标偏差量,再计算出射... 详细信息

地炮闭环校射指的是弹丸在飞行过程中可以自主测得其弹道信息,并发送回火炮阵地,火控系统对测量的弹道参数进行气动参数辨识、及其后续飞行弹道的预报,解算出弹丸的落点坐标,并与火炮瞄准的目标坐标对比,获得落点坐标偏差量,再计算出射击诸元修正量,由火控系统调炮实施下一发炮弹的射击,实现对目标的精确打击。闭环校射弹本质上是低成本弹药为提高射击精度的一种改良。实现闭环校射的一个重要环节是对飞行过程中的测量参数进行参数滤波,本文建立基于质点弹道方程的状态模型和基于GPS测量数据的量测方程,分别采取扩展卡尔曼滤波、衰减记忆卡尔曼滤波与H∞滤波对量测数据进行参数辨识,并对仿真结果进行分析。仿真结果表明：衰减记忆卡尔曼滤波相比于扩展卡尔曼收敛速度更快,精度更高;当实际弹道与基准弹道在初始条件差别较大时,扩展卡尔曼由于系统模型不准确出现较大估计误差,由于衰减因子的作用,衰减记忆卡尔曼增大了新量测值的权重,则能有效减小发散。H∞滤波对噪声统计特性没有要求,可以最小化最坏估计误差,但其性能对设计参数的敏感性太强。在有色噪声条件下,H∞滤波比卡尔曼滤波收敛速度快,精度高;相反在高斯白噪声条件下,卡尔曼滤波的性能要优于H∞滤波。为获得落点坐标偏差量进而对射击初始诸元进行修正,本文采用弹道方程组解算弹道偏差法与非线性模型预报法。弹道方程组解算弹道偏差法比较简单,容易理解,采用质点弹道模型计算量小,预报时间快,在运用衰减记忆卡尔曼滤波进行参数辨识的情况下,预报精度较高。非线性模型预报法在参数滤波趋于稳定后,能较好地拟合出精度高的模型进行落点预报,但如滤波时间较短,所拟合的模型不能综合代表整体性能,偏差较大。闭环校射弹可自主、连续纠偏,对传统低成本弹药经过简单改进后可大幅度提高射击精度。在原有射击修正基础上,提出“单炮多发连续弹着”、“疏散配置、火力集中”法、“运动补偿”法等射击方法,为地面火炮实施精确打击提供了可参考的射击方法。

关键词：闭环校射弹衰减记忆卡尔曼滤波 H_∞滤波落点预报射击方法

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远程制导炮弹中末段弹道控制研究

远程制导炮弹中末段弹道控制研究

作者：孙华南京理工大学

学位级别：硕士

远程精确打击技术是当前弹箭领域的重点发展方向之一,为实现制导炮弹的远程精确打击,本文采用中制导提高射程、末制导提高命中精度的串联复合制导体制设计远程制导炮弹,在制导炮弹的中制导段设计了基于最大升阻比的方法,利用GPS/INS组... 详细信息

远程精确打击技术是当前弹箭领域的重点发展方向之一,为实现制导炮弹的远程精确打击,本文采用中制导提高射程、末制导提高命中精度的串联复合制导体制设计远程制导炮弹,在制导炮弹的中制导段设计了基于最大升阻比的方法,利用GPS/INS组合导航使制导炮弹按着基于最大升阻比的滑翔方案弹道飞行。在末制导段采用基于毫米波导引头测量信息的自寻的制导方案,为了能够实现对目标的“攻顶”效果,在末制导段设计了过重力补偿比例导引法。复合制导体制不仅能增加制导炮弹的滑翔飞行距离,而且可以有效地提高制导炮弹的制导精度。为了使制导炮弹能按照所需要的方案弹道和导引弹道飞行,对制导炮弹的角稳定回路与高度回路进行了PII)控制器设计,通过设计的临界比例度法对PI[)控制器参数进行了整定,整定的参数在频域和时域内具有良好的控制性能。仿真结果表明,所设计的弹道能达到飞行距离远和命中精度高的要求,同时控制系统具有良好的动态特性和稳定性。作为复合制导体制的一个过渡环节,中制导段与末制导段交接班方法的选择会对制导过程产生影响。为此,本文设计了一种二阶平滑过渡中末段交接班方法,数值计算说明,该方法是可行的。

关键词：制导炮弹复合制导导引方法控制系统交接班导引头

弹道修正弹实时气动参数辨识与弹道重构方法研究

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弹道修正弹实时气动参数辨识与弹道重构方法研究

作者：宋真真南京理工大学

学位级别：硕士

为了根据空中飞行弹丸的一段实测弹道参数,准确重构弹丸后续飞行弹道,计算弹道偏差,进而实现弹道修正的目的,本文以某弹道修正弹落点预报为研究背景,主要研究其弹道模型建立、实时气动参数辨识和弹道重构等内容。在阐述弹道修正弹飞行... 详细信息

为了根据空中飞行弹丸的一段实测弹道参数,准确重构弹丸后续飞行弹道,计算弹道偏差,进而实现弹道修正的目的,本文以某弹道修正弹落点预报为研究背景,主要研究其弹道模型建立、实时气动参数辨识和弹道重构等内容。在阐述弹道修正弹飞行原理的基础上,建立了5自由度弹道方程的实时气动参数辨识模型,并以该模型为基础,推导了混合扩展卡尔曼滤波方法中的雅克比矩阵。该模型能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,并能较准确地重构出弹丸后续飞行弹道,预报弹道落点;且该模型略去高频快圆运动,理论和计算表明,同样条件下使用5自由度方程算出的射程、侧偏与6自由度方程算出的射程、侧偏几乎相等,但由于略去了高频快圆运动,其计算速度可比6自由度弹道方程高10倍以上,适合弹上快速实时弹道计算。选取混合扩展卡尔曼和球形无迹卡尔曼两种滤波方法对实测弹道参数进行实时气动参数辨识。数值计算结果显示,上述两种滤波方法能有效剔除弹道参数测量值中的噪声,且弹道坐标误差、阻力和升力符合系数迅速收敛。对比两种卡尔曼滤波方法的气动参数辨识结果显示,球形无迹卡尔曼滤波参数辨识精度高,收敛速度快。在相同测量误差条件下,重构弹道落点精度与采样间隔和采样时间有关。考虑到对某大口径弹道修正弹的弹载计算机实时计算,采用混合扩展卡尔曼滤波方法时,采样间隔宜取60～100ms,采样时间宜取10-12s;采用球形无迹卡尔曼滤波方法时,采样间隔宜取60～100ms,采样时间宜取6-8s。仿真计算与试验结果均表明,本文开展的工作是有效和合理的,可为实际工程应用提供理论和数值计算分析依据。

关键词：弹道修正气动参数辨识扩展卡尔曼滤波无迹卡尔曼滤波弹道重构落点误差

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滑翔增程弹飞行控制及电动舵机性能分析

滑翔增程弹飞行控制及电动舵机性能分析

作者：徐伊岑南京理工大学

学位级别：硕士

滑翔增程弹是当今世界各国大力发展的远程精确打击弹药之一。本文以某滑翔增程炮弹为研究对象，定义了描述其运动的相关坐标系，分析了其所受外力及力矩，建立了六自由度刚体弹道模型，编制了滑翔增程弹全弹道仿真程序。通过小扰动理论... 详细信息

滑翔增程弹是当今世界各国大力发展的远程精确打击弹药之一。本文以某滑翔增程炮弹为研究对象，定义了描述其运动的相关坐标系，分析了其所受外力及力矩，建立了六自由度刚体弹道模型，编制了滑翔增程弹全弹道仿真程序。通过小扰动理论将弹道方程组线性化并化简，得到弹丸的扰动运动方程组。在一定的假设条件下，将其分解成纵向扰动运动和侧向扰动运动，并利用系数冻结法推导出两个通道的传递函数。以纵向扰动运动为例，分析了滑翔增程弹的稳定性和操纵性。针对滑翔弹控制的要求，建立了合适的电动舵机模型，调节了舵机参数，设计了舵回路。将其带入纵向控制系统，对俯仰角回路采用PD控制，高度回路采用PID控制，使用MATLAB优化工具箱对控制参数进行了优化，并从频域分析角度确定了校正环节。仿真结果表明，所设计的电动舵系统和纵向控制系统满足时域和频域等控制指标，适用于滑翔增程炮弹的控制。

关键词：滑翔增程弹刚体弹道电动舵机 PID控制参数优化

底部排气弹底部流场数值模拟与气动弹道特性研究

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底部排气弹底部流场数值模拟与气动弹道特性研究

作者：谢利平南京理工大学

学位级别：硕士

随着火炮精度的提高以及现代战术与技术的发展,增加火炮射程显得尤为重要。在增大火炮射程的诸多方法中,底排增程以其结构简单、增程率高等优点为世界各国所广泛采用。底部排气方法通过向弹底低压区排入质量与能量、提高底压来达到减阻... 详细信息

随着火炮精度的提高以及现代战术与技术的发展,增加火炮射程显得尤为重要。在增大火炮射程的诸多方法中,底排增程以其结构简单、增程率高等优点为世界各国所广泛采用。底部排气方法通过向弹底低压区排入质量与能量、提高底压来达到减阻增程的目的。针对底部排气弹的相关关键技术国内外已形成一些成果,但关于底部排气弹的底排参数优化设计问题、高速旋转条件下底部流场的计算分析及其对减阻特性的影响等问题研究得非常少。为此,本文以高速旋转底部排气弹为研究对象,围绕底排参数对底排弹减阻增程特性的影响、底排参数优化、底部流场数值模拟和气动特性分析等方面进行研究分析。(1)分析了底部排气弹的减阻机理并建立了其内外弹道模型。通过分析底排药剂的燃烧机理,运用公式推导等方法建立了底排内弹道方程组;在分析底部排气弹所受力和力矩的基础上,根据牛顿第二定律和动量矩定理推导出了底排弹的六自由度刚体弹道方程。底排装置内弹道方程和底排弹外弹道方程相结合构建成为底部排气弹的弹道计算模型。(2)研究了底排参数对底排弹减阻增程特性的影响。利用已构建好的底部排气弹弹道计算模型,以某底部排气弹为例进行弹道计算,对比分析了药剂燃速系数、底排药柱长、药柱内径、药柱分瓣数和喷口直径等底排参数对底部排气弹弹道特性的影响。(3)以射程最大化作为目标函数对底部排气弹的底排参数进行了优化设计。选取底排药柱燃速系数、底排药柱长、药柱初始内半径、药柱分瓣数和底排喷口直径等5个参数作为优化设计变量,选取射程作为目标函数,并依实际情况设置一定的约束条件。基于遗传算法和粒子群算法各自的优缺点,设计了寻优速度快、精度高的遗传粒子群算法作为寻优过程的智能优化算法,进而构建了底部排气弹弹道优化设计模型,并以此模型对底部排气弹的底排参数进行了优化设计。(4)数值模拟了底部排气弹的底部流场并分析了其对减阻特性的影响。采用滑移网格等技术手段,建立了底排弹数值仿真模型,对无旋条件和高旋条件下底部排气弹的底部流场进行了数值模拟与计算分析,研究了无旋条件下排气参数、来流马赫数以及炮口、高空等环境条件对底部流场和气动特性的影响,此外,更重点研究了高速旋转条件下弹丸转速和排气参数对底部流场和气动特性的影响以及相互制约关系。

关键词：底部排气弹底部流场弹道特性底排参数优化减阻增程

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炮射巡飞弹的弹道设计和飞行控制分析

炮射巡飞弹的弹道设计和飞行控制分析

作者：汪小龙南京理工大学

学位级别：硕士

现代战争是科技的战争,随着新时代军事科技的日新月异,实现精确打击已经成为新型常规武器的首要任务。快速侦查并且摧毁敌方目标必然是现代战争所需要的,这时便出现了巡飞弹,它既能承担侦查工作又能实现打击目标的任务。本文以一种利用... 详细信息

现代战争是科技的战争,随着新时代军事科技的日新月异,实现精确打击已经成为新型常规武器的首要任务。快速侦查并且摧毁敌方目标必然是现代战争所需要的,这时便出现了巡飞弹,它既能承担侦查工作又能实现打击目标的任务。本文以一种利用火炮平台发射的巡飞弹为研究对象,对巡飞弹的气动特性、飞行弹道设计和飞行控制等方面内容进行分析和研究。首先,建立了炮射巡飞弹的结构模型,对其结构模型进行网格划分,通过气动流场专用计算软件来模拟巡飞弹在不同工况下的气动特性,得出巡飞弹升力系数、阻力系数、升阻比、压心系数、静力矩系数、静稳定度等随马赫数、攻角和舵偏角的变化规律,完成了巡飞弹的气动模拟计算,为后面的弹道设计打好基础。其次,对巡飞弹进行了弹道设计,在巡飞弹的制导段采用基于最大升阻比的方法进行设计,利用GPS/INS组合导航使巡飞弹按着基于最大升阻比的滑翔方案弹道飞行;当滑翔到预定高度时,巡飞弹尾部发动机开始工作,推动巡飞弹定高直线飞行,进入直线平飞段;当飞行到敌方目标上空区域,进入侦察巡飞段;开始执行侦察作战任务。然后,为了使巡飞弹能按照所需要的方案弹道飞行,对巡飞弹进行了控制系统设计：分别建立了巡飞弹的舵回路、阻尼回路、俯仰角稳定回路、高度稳定回路和倾斜稳定回路,对各个稳定回路进行了PID控制器设计,并且对PID控制器参数进行了整定,使得整定的参数在频域和时域内具有良好的控制性能,所设计的控制系统具有良好的动态特性和稳定性。最后,在所建立控制回路的基础上对巡飞弹进行了弹道数字仿真,仿真结果表明,控制弹道能够达到预设的要求,控制系统能够满足飞行控制设计的总体要求。文中提出的弹道设计方法、飞行控制方案和数值仿真结果等为巡飞弹的研制提供了理论与技术支持。

关键词：炮射巡飞弹数值模拟气动特性弹道设计控制系统弹道仿真

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制导炸弹自动驾驶仪测试系统设计与分析

制导炸弹自动驾驶仪测试系统设计与分析

作者：李伟中南京理工大学

学位级别：硕士

智能型航空制导炸弹在现代战争中发挥着越来越重要的作用。自动驾驶仪作为制导系统一个重要的组成部分对精确制导武器的命中精度起着决定性的作用。本论文阐述了自动驾驶仪的组成、工作原理、工作时序和自动测试系统的基本理论,对硬件... 详细信息

智能型航空制导炸弹在现代战争中发挥着越来越重要的作用。自动驾驶仪作为制导系统一个重要的组成部分对精确制导武器的命中精度起着决定性的作用。本论文阐述了自动驾驶仪的组成、工作原理、工作时序和自动测试系统的基本理论,对硬件选择和配置、软件开发进行了分析;针对自动驾驶仪的测试要求,进行了自动测试系统的总体设计和软、硬件设计完成了自动测试系统的模拟输入和输出功能,对转台的控制以及计算机数据的实时显示;对测试系统进行了不确定度评定,测试系统满足设计要求。

关键词：自动驾驶仪自动测试系统不确定度