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钨合金弹丸侵彻钢靶的数值模拟方法

爆炸与冲击 2025年

作者：位国旭崔浩周昊杨贵涛郭锐南京理工大学机械工程学院

为了更好地量化表征钨合金弹丸侵彻靶板过程，分别采用FEM、SPG、SPH、FE-SPH自适应数值仿真方法，对钨合金弹丸侵彻Q235A钢靶开展了数值仿真计算，对比了四种数值仿真方法在描述弹丸侵彻穿靶后，弹丸剩余速度、靶板穿孔孔径以及弹丸穿... 详细信息

为了更好地量化表征钨合金弹丸侵彻靶板过程，分别采用FEM、SPG、SPH、FE-SPH自适应数值仿真方法，对钨合金弹丸侵彻Q235A钢靶开展了数值仿真计算，对比了四种数值仿真方法在描述弹丸侵彻穿靶后，弹丸剩余速度、靶板穿孔孔径以及弹丸穿靶后二次破片生成及其分布方面的优势和不足。结果表明：在描述弹丸剩余速度方面，由于FEM方法在处理材料失效问题时基于单元侵蚀算法，因此FEM方法以及FE-SPH自适应方法严格依赖于失效准则以及失效参数的选择，而SPG方法在键失效模式下无需调整失效参数就可以得到相对准确的结果；在描述靶板穿孔孔径上，FEM以及FE-SPH自适应方法具有精确的物质边界，可以精确刻画穿孔形貌特征，但不同失效准则下的靶板穿孔直径相差较大；SPG方法对失效参数不敏感，可以准确预测靶板的穿孔直径；在弹丸穿靶后二次破片的生成及其分布方面，FE-SPH自适应以及SPH方法均能对二次破片进行表征，FE-SPH自适应方法可以直接获取大质量破片信息，但相比于SPH方法，求解效率低下。

关键词：数值模拟方法 SPG SPH 二次破片侵彻

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空间微小载荷在轨发射动力学特性及影响因素

系统工程与电子技术 2025年

作者：谈曾巧杨海波廖文和陆正亮陶晓宇南京理工大学机械工程学院

针对一种新的基于固体推力器的空间微小载荷在轨发射动力学特性问题，基于多刚体理论建立了考虑惯性主轴偏移和附加扰动力矩的载荷在轨发射系统动力学模型，提出利用边界条件计算载荷与卫星平台间接触内力进而求解动力学参数的方法，通... 详细信息

针对一种新的基于固体推力器的空间微小载荷在轨发射动力学特性问题，基于多刚体理论建立了考虑惯性主轴偏移和附加扰动力矩的载荷在轨发射系统动力学模型，提出利用边界条件计算载荷与卫星平台间接触内力进而求解动力学参数的方法，通过数值仿真并与辅助软件仿真结果对比，验证了动力学模型及求解方法的准确性。同时针对载荷与平台间运动耦合效应，基于所建立的动力学模型研究了载荷安装位置、推力偏心和摩擦系数对初始扰动的影响，提出了对载荷发射系统设计参数的相关要求，为空间微小载荷在轨发射的工程实践提供一定的理论指导。

关键词：空间微小载荷固体推力器在轨发射发射动力学初始扰动

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■并联机构运动学建模与性能评价

机械工程学报 2025年 330-339页

作者：汪满新李正亮王明昊南京理工大学机械工程学院

研究一种新型五自由度混联机器人的主机构■并联机构运动学建模与性能评价方法，该机构由一条1T2R(T表示移动，R表示转动)空间混合运动链和两条空间无约束主动支链组成。基于位置解析解以及几何约束，建立工作空间的参数化模型并提出任... 详细信息

研究一种新型五自由度混联机器人的主机构■并联机构运动学建模与性能评价方法，该机构由一条1T2R(T表示移动，R表示转动)空间混合运动链和两条空间无约束主动支链组成。基于位置解析解以及几何约束，建立工作空间的参数化模型并提出任务空间/机构体积比指标；采用矢量法建立其解耦雅可比矩阵，进而得出并联机构末端速度与驱动关节速度之间的映射关系，借助矩阵论提出一套可衡量此类机构切向和法向速度传递特性的运动学性能评价指标；在此基础上，研究尺度参数对机构全域运动学性能及任务空间/机构体积比指标的影响规律，并以运动学性能和几何干涉等为约束得出机构尺度参数可行域。最后，通过比对分析验证所提出的■并联机构与著名Tricept机器人和TriMule机器人中的并联机构具有相似的运动学性能，表明■并联机构具有良好的应用前景。

关键词：并联机构运动学建模性能评价

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低轨质量矩航天器姿态动力学与气动补偿控制

系统工程与电子技术 2025年

作者：陆正亮李镓彤胡远东廖文和南京理工大学机械工程学院

针对气动偏心力矩严重干扰超低轨卫星姿态控制性能的问题，提出一种基于质量矩技术的微纳卫星气动干扰力矩自适应动态补偿控制方法，实现对气动偏心力矩的精确观测与快速补偿。针对基于滚珠丝杠副的质量矩驱动方式，考虑机构传动摩擦，... 详细信息

针对气动偏心力矩严重干扰超低轨卫星姿态控制性能的问题，提出一种基于质量矩技术的微纳卫星气动干扰力矩自适应动态补偿控制方法，实现对气动偏心力矩的精确观测与快速补偿。针对基于滚珠丝杠副的质量矩驱动方式，考虑机构传动摩擦，建立质量矩卫星转动、平动和执行机构平动的完整动力学模型，明确各项参数对扰动力矩的影响。针对气动环境不确定和卫星质心未知问题，设计基于神经网络(Radial basis function，RBF)干扰观测器、滑模控制器与积分分离式比例积分微分(Proportional integral derivation，PID)控制器的自适应动态补偿方案。仿真结果表明，该补偿控制方法能精确估计并补偿气动力矩干扰，有效消除质量矩机构摩擦力影响，验证了气动补偿控制方法的有效性。

关键词：超低轨卫星姿态控制气动力矩摩擦特性滑模控制

基于人工势场法的复杂环境下多无人车避障与编队控制

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工程科学学报 2025年第2期47卷 364-373页

作者：梅艺林崔立堃胡雪岩胡广琦王浩陕西理工大学机械工程学院汉中723001

针对动态、密集障碍物等复杂环境下多车避障与编队控制存在的容易与障碍物碰撞、编队不稳定等问题,提出一种基于势场法的多车避障与编队控制方法.修改引力势场函数使引力大小在距离较大或较小时收敛于某一值,解决前期引力过大引起的无... 详细信息

针对动态、密集障碍物等复杂环境下多车避障与编队控制存在的容易与障碍物碰撞、编队不稳定等问题,提出一种基于势场法的多车避障与编队控制方法.修改引力势场函数使引力大小在距离较大或较小时收敛于某一值,解决前期引力过大引起的无人车与障碍物碰撞以及目标点不可达问题;采用更平滑的斥力计算公式对斥力势场函数进行优化,解决无人车距离障碍物过近时斥力过大引起的无人车在障碍物附近徘徊的问题;定义编队稳定力使编队前进过程中保持稳定队形的同时解决传统人工势场法存在的局部极小值问题;引入动态障碍物速度斥力势场与障碍物数量稀疏区域引力势场使编队在复杂环境下具有更高的避障与路径规划成功率.通过仿真实验与传统人工势场法以及改进后的算法进行对比,实验结果表明:本文方法在复杂环境下能够维持编队稳定性,具有较高的抗干扰能力;相较于传统算法与文献算法在动态障碍物环境下避障成功率分别提高了35%与10%,在密集动态障碍物环境下分别提高了55%与10%;能够在密集动态障碍物环境下躲避障碍物规划出合理的路径.

关键词：人工势场编队控制避障动态障碍物密集障碍物

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初始章动角对旋转弹丸外弹道运动及引信力学环境的影响

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探测与控制学报 2025年

作者：回建豪王雨时南京理工大学机械工程学院

针对旋转弹丸初始章动角对外弹道解算及引信力学环境的影响，运用数值仿真方法对应不同初始章动角求解刚体外弹道数学模型和引信惯性零部件轴向过载数学模型，得到弹丸外弹道质心运动和绕质心运动诸元以及引信惯性零部件轴向过载随飞行... 详细信息

针对旋转弹丸初始章动角对外弹道解算及引信力学环境的影响，运用数值仿真方法对应不同初始章动角求解刚体外弹道数学模型和引信惯性零部件轴向过载数学模型，得到弹丸外弹道质心运动和绕质心运动诸元以及引信惯性零部件轴向过载随飞行时间的变化规律。初始章动角仅对偏流、章动角收敛至0的次数及进动角速度拐点影响较大，同时影响引信惯性零部件轴向过载突变出现次数，初始章动角与轴向过载峰值近似负相关。在初速930 m/s、50°射角的发射条件下，若初始章动角较小，有可能会产生较大的引信异常轴向过载，容易引发弹道炸；初速335 m/s或30°射角时，无论初始章动角取值如何，均不会产生较大的轴向过载突变峰值，即不易因弹道环境引发弹道炸。

关键词：引信力学环境刚体外弹道初始章动角外弹道解算引信轴向过载

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线控转向电机控制策略设计与仿真研究

机械设计与制造 2025年

作者：武超徐照平 TWISHIME ALEXIS 刘梁南京理工大学机械工程学院

为了提高线控转向电机的转角跟踪精度和响应速度，基于前馈控制和模糊控制设计了一种带有前馈补偿的变论域模糊PI控制策略并进行了仿真研究。首先基于Simulink建立了线控转向电机控制策略模型，然后结合Carsim中的整车模型，在双移线和... 详细信息

为了提高线控转向电机的转角跟踪精度和响应速度，基于前馈控制和模糊控制设计了一种带有前馈补偿的变论域模糊PI控制策略并进行了仿真研究。首先基于Simulink建立了线控转向电机控制策略模型，然后结合Carsim中的整车模型，在双移线和方向盘角阶跃等典型工况下，对线控转向电机的转角跟踪精度和响应速度进行了仿真研究，最后分析了该控制策略对车辆操纵稳定性的影响。仿真结果证明：与常规PID控制相比，前馈变论域模糊PI控制下的线控转向电机转角最大跟随误差减少了57%，响应速度提升了86.7%，车辆操纵稳定性也得到了一定程度的提高。

关键词：线控转向控制策略 Carsim 模糊控制前馈控制

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基于滑模控制的多弹编队飞行控制器设计

弹箭与制导学报 2025年

作者：徐梓赫明超白志恒耿学龙冯彤南京理工大学机械工程学院

针对领-从式飞行器编队控制问题，提出将领弹作为虚拟目标，在领弹弹道坐标系下进行编队飞行控制器设计的方法。首先在惯性坐标系下定义相对运动坐标系，建立领弹与从弹的相对运动模型，将相对运动模型转化在领弹弹道坐标系下；其次，... 详细信息

针对领-从式飞行器编队控制问题，提出将领弹作为虚拟目标，在领弹弹道坐标系下进行编队飞行控制器设计的方法。首先在惯性坐标系下定义相对运动坐标系，建立领弹与从弹的相对运动模型，将相对运动模型转化在领弹弹道坐标系下；其次，将从弹在视线坐标系的位置与领弹在惯性坐标系下的速度作为状态变量，将从弹的加速度作为控制量，结合从弹的相对位置与期望位置的误差以及领弹的速度误差，采用滑模变结构控制理论进行编队控制器设计；最后针对一领弹二从弹的编队结构进行仿真验证。仿真结果表明所提出的方法能够快速精确地对期望队形进行构建和保持。

关键词：多导弹编队控制滑模变结构领弹-从弹策略弹道坐标系

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基于热流固耦合的高平机特性研究

火炮发射与控制学报 2025年

作者：颜培文徐亚栋孙鵾鹏杨鸿铭南京理工大学机械工程学院

液体气压式火炮高平机作为液压执行元件属于火炮液压系统的重要组成部分，为探究高平机结构所导致的温度场分布情况及其对高平机性能的影响，需要求解火炮高平机在多种工况下的温度场分布及相关参数变化。对高平机的研究包含其本身结构... 详细信息

液体气压式火炮高平机作为液压执行元件属于火炮液压系统的重要组成部分，为探究高平机结构所导致的温度场分布情况及其对高平机性能的影响，需要求解火炮高平机在多种工况下的温度场分布及相关参数变化。对高平机的研究包含其本身结构与腔内的流体和传热，基于热流固多物理场耦合研究方法，对击发工况和自然冷却工况进行了简化建模和有限元分析，得到了击发过程的各腔压力分布，高平机整体的温度分布、相关参数变化以及应变分布。对两个初始温度进行自然冷却状态下的温度场分析，分别绘制其两个时刻的温度云图并得到其结构对应参数变化的相关规律，击发过程壁面对流换热系数受到流体压力影响，冷却阶段流体接触的固体面积越大，流体体积越小，传热速度越快。研究为高平机的结构设计优化提供重要参考。

关键词：高平机热流固耦合温度场应变