含能射流侵彻混凝土径向扩孔理论模型研究

针对聚能装药侵彻混凝土目标开孔孔径不足导致后级弹丸无法顺利随进的问题,在对混凝土的力学特性和损伤模式分析的基础上,基于动态球形空腔膨胀理论,分析了含能射流对混凝土目标径向扩孔的物理过程。通过引入含能射流释能参量,构建出根据不同侵彻速度下含能射流侵彻混凝土各阶段的径向扩孔工程计算模型,并进行了试验验证。结果表明:工程计算模型所得数值计算结果与试验数据误差在10%以内,模型可推广到射流对各种强度的素混凝土结构的扩孔计算,对串联侵彻战斗部前级聚能装药结构设计具有一定的指导意义。

改进形状上下文蚁群算法的边缘景象匹配方法

针对弹体低空飞越沙漠、山地等区域时,实时图与基准图之间尺度差异大,匹配误差大的问题,提出一种用改进的形状上下文结合蚁群算法对边缘特征进行部分形状匹配的方法。为克服异源图像边缘特征的形状差异,在形状上下文算法的基础上,提取边缘邻域特征,根据边缘邻域特征相似性进行粗匹配选出候选边缘,再利用候选边缘和待配准边缘点的位置关系和形状相似度使初始化后的蚂蚁遍历所有边缘点,然后利用转换后匹配点对的距离加权和计算信息素增量,由相邻匹配点对的方向约束关系计算其权重,并根据相邻匹配对的距离关系辨别出没有正确匹配关系的边缘片段,则剔除片段上的匹配点对,对应匹配对的权重为零,最后多只蚂蚁共同多次迭代得到最优匹配结果。在实测红外可见光数据集上进行景象匹配实验,结果表明,提出的算法显著优于SIFT算法,能够克服异源图像上边缘特征的形状差异,实现两个边缘特征的精确匹配,定位精度比传统的边缘特征匹配方法提高了43.71%。

光学陀螺旋转调制惯导系统及关键技术发展

面向长航时、高精度的自主导航技术需求,系统梳理光学陀螺旋转调制惯导系统的发展历程及关键技术现状具有重要的现实意义。首先,基于惯导系统误差特性,阐述了旋转调制技术的基本原理。其次,系统回顾和梳理欧美等西方国家旋转惯导系统发展历程,分析了系统发展演变后的技术逻辑,总结了我国旋转惯导系统的研制现状。最后,立足于提高系统自主导航精度,从旋转策略优化、误差标校、初始对准3个方面分析了旋转惯导系统需解决的关键技术及研究现状。在总结光学陀螺旋转调制惯导系统及关键技术发展基础上,针对后续旋转惯导系统研究提出了几点思考,为高精度自主导航技术研究提供参考。

一种考虑g敏感性的MIMU系统级标定方法研究

针对微机械惯性测量单元(micro-electro-mechanical-system inertial measurement unit,MIMU)中存在陀螺漂移的g敏感性以及因漂移误差大而无法进行自主方位对准问题,建立了MIMU系统级标定Kalman滤波状态空间模型,考虑g敏感性误差状态的影响,在量测方程中加入方位失准角变化率以增强g敏感性的状态估计可观性;直接采用外输入粗略初始方位角进行导航解算,降低地球自转角速度的影响,提高陀螺漂移估计精度。设计了一套完整的系统级标定转位编排方案,陀螺标定和加速度计标定相互依赖,共同协作完成MIMU系统级标定,能够有效分离出所有30个标定参数,利用某型号弹载MIMU进行了实物标定试验验证,分别用标定前后数据进行导航解算,对比导航结算结果发现标定后的3个方向的导航速度都降低了,加速度计的刻度因数和零偏标定精度更高。特别在MIMU存在多轴大角度转动情况下,近10 min内达到优于30 m/s的导航速度精度,验证了系统级标定具有较高的精度。

基于增量非线性动态逆的导弹解耦控制设计

针对导弹大迎角机动存在强耦合动力学特点,提出了一种基于增量非线性动态逆的解耦控制方法,将自动驾驶仪分为高带宽的快变角速率内回路和低带宽的慢变角回路控制,用部分逆近似求解的方法分别设计了增量形式的动态逆控制律对消不同的耦合项,实现控制解耦的目的。典型工况数字仿真结果表明,所设计的导弹增量非线性动态逆控制解耦律大大改善了强耦合动力学下的稳定控制性能。相比传统PID控制,它能够完全消除过载响应的低频振荡和超调量,同时还使得滚转角响应能够准确跟踪指令。

湍流普朗特数在高超声速绕流中的修正

为精确模拟高超声速激波/湍流边界层干扰导致的复杂非平衡湍流流动,提出一种湍流普朗特数修正模型。应用数值模拟及理论分析方法,对高超声速来流马赫数为9.22的平板、压缩拐角等绕流进行数值分析,评估了所提出的湍流普朗特数修正模型。数值模拟结果与实验数据及Kays湍流普朗特数模型的对比表明:对高超声速复杂流动,湍流普朗特数应进行修正,提出的经湍流非平衡参数修正的湍流普朗特数修正模型与原模型及Kays模型相比,给出的壁面压强、壁面热流更精确,壁面最大热流相对误差小于6%。

基于差分进化粒子群混合算法的多无人机协同区域搜索策略

为提高无人机群在未知环境中的区域搜索效率,提出一种多无人机协同区域搜索策略。首先,根据区域搜索任务需求,建立包含区域覆盖率、区域不确定度、目标存在概率三种属性的区域信息地图;其次,以最大化搜索效率、同时最小化无人机搜索过程中的能耗为目标,建立无人机区域搜索滚动时域优化目标函数,指导无人机在线决策搜索路线;然后针对传统群智能优化算法易陷入局部最优的缺陷,设计差分进化粒子群混合算法在线求解该多目标优化问题,提高算法的寻优性能,从而提高无人机的搜索效率。最后,通过数值仿真实验,对所提算法进行验证,仿真结果表明,文中设计的基于差分进化粒子群混合算法的多无人机协同区域搜索策略与传统的群智能优化算法相比具有更高的区域搜索效率。

抛撒装药截面形状对爆炸抛撒过程的影响

针对抛撒装药能量输出方式决定爆炸驱动能力大小,传统的圆截面抛撒装药结构存在爆轰能量周向输出方式单一等问题,通过改变抛撒装药截面形状控制爆轰能量输出方式,研究了圆形、五角星形和花瓣形3种抛撒装药结构对被抛撒介质的爆炸驱动作用大小,抛撒装药结构的比药量均为2%,研究发现:装药爆炸驱动被抛撒介质的能力由其截面积大小决定,受抛撒装药截面形状的影响很小,分析原因主要是非圆截面抛撒装药爆炸产生的冲击波在传播过程中波阵面能量迅速匀化,无法对被抛撒介质产生定向加载效果;在壳体外壁有刻槽的情况下,主射流结构数量与刻槽数量相同,受抛撒装药结构截面形状影响不大。

基于运动偏移信息估计的图像去运动模糊算法

针对现有动态场景图像去运动模糊算法难以有效复原非均匀复合运动模糊的问题,通过引入相机曝光轨迹来表示模糊图像中包含的运动信息,并据此提出了一种新的运动偏移估计框架,用于对潜在清晰图像在多个离散时间点的像素运动偏移进行建模。结合估计出的运动偏移信息,提出了一种融合像素运动偏移信息的多尺度单幅图像去模糊网络框架。该框架通过可变形卷积在解码阶段对运动偏移信息进行融合,给定每一像素点不同的运动约束。经过网络的多尺度编解码结构,得到每一尺度上每一像素点的预测值,实现了端对端的模糊图像复原。在GoPro和HIDE数据集上的实验结果表明,该算法能有效改善图像质量,峰值信噪比平均提升1.9 dB,结构相似度平均提升0.03。

攻角和着角联合作用下弹体侵彻混凝土靶的弹道特性研究

为探究攻角和着角联合作用下弹体侵彻混凝土靶的弹道特性,基于LS-DYNA有限元软件,在速度1000 m/s时以不同攻角和着角对弹体侵彻混凝土靶进行数值模拟。重点研究了攻角和着角对弹体轴向侵彻深度、径向偏移距离和偏转角的影响,通过对弹体侵彻过程中受力情况的研究,主要对轴向阻力和径向阻力以及弹体所受偏转力矩进行分析,得到其对弹道的影响规律:随着着角的增大,弹体偏转角受攻角影响呈显著增加趋势;着角在一定的范围内,初始方向与着角相反的攻角对弹体侵彻能力有提升作用,初始方向与着角相同的攻角对侵彻能力有减弱作用;当着角过大时,无论初始攻角的方向与着角是否相同,均会对侵彻能力有减弱作用,且随着角度的增加更明显。研究结果可以为钻地弹的研制提供参考。

光纤陀螺光路热致零漂误差机理与抑制方法

光纤陀螺(FOG)作为一种高精度角速度传感器,在惯性导航、定位定向和姿态控制中扮演着至关重要的角色。然而,光纤陀螺光路热致零漂误差是限制陀螺精度提升的关键因素之一。通过分析Shupe效应、Mohr效应及交扰效应,解释了热致零漂误差的产生机理;从内因(几何对称性和物理对称性)和外因(环境影响和物理场激励)两方面归纳了影响零漂误差的不同因素;进一步讨论了对内因和外因的关键因素(如光路的应变和温度分布)检测的布里渊光时域分析(BOTDA)技术、光频域反射(OFDR)技术以及拉曼光时域反射(ROTDR)技术的研究现状;最后介绍了光纤环绕制工艺的优化、特种光纤的应用、尾纤长度的调整以及温度补偿技术等多种抑制热致零漂误差的措施和方法。上述研究为恶劣环境下导航级光纤陀螺测量精度和环境适应性的进一步提升奠定了基础。

药型罩几何参数对新型聚能战斗部侵彻能力影响规律研究

为提升聚能装药战斗部的侵彻能力,提出了一种隔板-药型罩贴合式聚能装药结构。为探究药型罩结构参数对射流头部速度及射流侵彻能力的影响规律,采用LS-DYNA有限元软件对隔板-药型罩贴合式聚能装药结构进行数值模拟分析。研究结果表明:射流的极限侵彻深度随药型罩圆柱部宽度的增大先增高后降低,随药型罩圆柱部高度的增加而增高。在炸高为2.5倍装药直径的情况下,药型罩圆柱部高度为14 mm,圆柱部宽度为18 mm可以实现最优侵彻效果,对45#钢靶的极限侵深为478.1 mm,触靶速度可达13650 m/s。

高速侵彻战斗部装药缓冲结构研究

为研究典型缓冲结构和缓冲材料对超高速侵彻战斗部装药防护性能的影响,降低侵彻过程中强过载恶劣环境引发的装药响应,采用LS-DYNA对战斗部以1400 m/s速度正侵彻混凝土靶进行数值模拟。通过对弹体侵彻过程中无缓冲装药力学响应分析,确定了缓冲结构设计的方向,研究不同材料、厚度的缓冲块和缓冲层对装药环境的影响。结果表明:缓冲块对装药前段保护效果明显,能显著降低装药应力和过载峰值;缓冲层结构则更趋向于提升装药整体应力变化的一致性,使装药整体应力环境变化更加均匀。所选缓冲块结构以30 mm厚聚碳酸酯最优,能使装药过载和应力峰值分别降低20%和34%;缓冲层结构以4 mm厚聚四氟乙烯最优,装药过载和应力峰值分别降低19%和9%。为高速侵彻战斗部装药缓冲结构防护提供一定参考。

基于粒子群优化的组合导引律模型

针对导弹打击机动目标的问题,提出了一种基于组合导引律的粒子群优化算法以应对战场环境中的机动目标打击问题。首先对三维弹目运动关系进行分析,设计了一种包含角度和时间偏置项的比例导引律,旨在有效抑制终端角度变化,同时确保打击时间的精确控制。为实现最优导引律参数的求解,研究构建了以打击角、打击时间、法向加速度和脱靶量等约束条件为基础的代价函数。采用标准粒子群算法进行自适应寻优,通过迭代计算确定使代价函数最小化的最优导引律参数,进而得到满足约束条件的最优弹道。为验证算法的有效性,设置了机动目标场景,并设计了与原始比例导引律的对比仿真实验以及多种打击时间测试实验。实验结果表明,相较于传统比例导引律,基于粒子群优化的组合导引律算法在应对机动目标时能够生成满足打击时间要求及其他约束条件的弹道,并在不同打击时间设定下均展现出良好的打击效果,具有广阔的应用前景。

EFP模拟弹靶后碎片云特性数值模拟研究

为探究头部密实且小长径比的爆炸成型弹丸(EFP)后效碎片云特性,研究中采用FEM-SPH算法,针对长径比为1.2的紫铜和镍合金两种EFP模拟弹开展碎片云形成过程分析并进行拓展研究。研究发现:小长径比弹丸侵彻后效碎片云呈现由微小弹靶碎片组成的椭球状结构,弹丸尺寸和侵彻速度的增大使靶后形成数量更多且速度更高的碎片云,镍合金剩余弹丸以镦粗状存在于碎片云头部,对后效靶造成二次侵彻,而紫铜破片破碎程度较大,对后效靶形成较大面积毁伤区;在弹丸密度一定的情况下,靶板强度主要影响碎片云轴向膨胀能力,而对于不同弹靶材料,碎片云径向膨胀能力主要取决于弹靶材料密度比ρ_(b)。研究结论对EFP战斗部后效威力设计具有重要意义。

速率积分半球谐振陀螺双通道同步测控系统

半球谐振子驻波精准矢量检测与激励是实现速率积分半球谐振陀螺的关键。文中提出了一种基于正交方位振动信号同步检测激励的速率积分半球谐振陀螺双通道同步测控方案,并通过实物实验对该方案的有效性进行了验证。首先,优化了谐振子驻波解调方案;其次,设计了适用于双通道同步测控模式的速率积分半球谐振陀螺多回路控制方法,实现了驻波的频率跟踪和幅度、正交控制,并加入角位置预测方案,保证了检测、驱动的同步性;然后,针对FPGA浮点数运算能力弱及参数调试和算法优化困难等问题,设计并实现了基于“FPGA+DSP”的双数字核心架构半球谐振陀螺控制电路。该电路在保证测控系统时序特性的同时,提高了系统的运算精度和编译效率;最后,利用实物实验对所设计的半球谐振陀螺多回路控制方法进行了验证。实验结果表明,文中设计的双通道同步测控系统有效实现了半球谐振陀螺速率积分控制模式,陀螺角速率输出噪声标准差达到0.001°/s以下,标度因数非线性度达到1.298×10-5量级。

固体火箭尾流场对舱体冲击效应研究

火箭燃气射流对搭载平台的冲击效应是搭载平台表面防护和结构设计的重要依据。为研究不同射角下高速射流对舱体的冲击效果,基于有限体积法,采用SST k-ω湍流模型,建立固体火箭发射过程的三维仿真物理模型。分别在70°射角和56°射角工况下,对固体火箭发动机喷出的燃气射流进行数值模拟,得到了不同时刻射流的特性以及两射角下舱体上表面受射流影响情况,分析射流对舱体表面的冲击效应。分析结果表明,射流冲出喷管后在空气中膨胀,形成曲面激波。抵达舱体表面后压缩,产生高温高压区,随后温度和压力沿舱体表面流动逐渐降低。舱体表面温度和压力变化趋势相一致,56°射角时舱体表面温度较低,受到的冲击效应更大。

振动冲击条件下捷联惯导减振器形变研究

针对减振器传统研究的关注点主要在减振效果、材料寿命等方面,对其形变量及形变带来的导航误差关注较少,偏重理论研究而无试验数据支撑,缺乏说服性的问题,文中在捷联惯导减振器设计基础上,制定了静态和动态试验方案。在振动工装上固定一对相互垂直的平面镜,通过减振器将惯导安装到振动工装上,振动工装以刚性连接方式固定在振动台面上,借助架设的光学投影设备和显像设备,分别振动冲击前后惯导棱镜和振动工装上平面镜的反射光斑,通过对二者位移变化的计算,判定减振器的空间形变量。试验结果表明,振动冲击前后及过程中,减振器形变引起的惯导最大形变角为6.26″,比惯导在运载体上的安装误差稳定性(一般为1.0′)低一个数量级,减振器的空间形变量对捷联惯导的导航误差影响较小,文中的试验方法和实测数据可为惯导减振器的设计和应用提供借鉴。

激光红外复合制导光学系统小型化共孔径设计

半主动激光探测制导和红外成像制导结合使用能够获得主被动探测模式,提升导引头的全天候探测能力、抗干扰能力和目标捕获跟踪能力。激光红外复合制导导引头中光学系统的性能直接影响制导武器系统的探测距离、目标识别和命中精度。若复合导引头采用分离孔径式光学系统,每一个通道采用单独的光学结构和探测器,较容易实现,但会带来空间配准等方面的问题,并且系统体积和质量较大。文中采用共孔径光学结构,考虑激光(1.064μm)和红外(8~12μm)光谱波段的透过率,通过焦距匹配方法共用整流罩和一片高透过率透镜完成复合光学设计。激光信号通过整流罩和第一片透镜聚焦,被位于孔径中心的平面反射镜反射到镜筒侧面,由四象限探测器接收。红外光信号经孔径外围通过,由包含衍射透镜的三片透镜成像到非制冷焦平面探测器上。整个光学系统经过-45~60℃无热化设计,光学系统整体结构简单紧凑、体积小,总长小于86 mm,口径小于62 mm。此光学系统设计可以应用于激光红外复合制导火箭弹、导弹等武器平台,为高效费比的高技术战争提供技术储备。

改进灰色层次分析法的机动导航保障能力评估

针对未来战场样式形态的不确定性和机动性,机场的快速部署需求日益迫切,机动导航保障能力的高低直接影响和制约航空兵快速、机动的作战能力。文中针对机动导航保障能力评估的“小数据”“贫信息”不确定性特点,综合考虑机动部署条件下装备、环境影响因素及导航保障人员能力要求,建立了机动导航保障能力评估指标体系,提出了基于改进的灰色层次分析法的机动导航保障评估方法,构建了评估模型,为降低主观因素影响,从专家评分数据着手,应用3标度构造判断矩阵,将定性指标与定量指标区分细化构建评估样本矩阵。最后,实例结果表明,采用改进的3标度灰色层次分析法,判断矩阵的构建不需要一致性检验,评估计算步骤简化的同时,克服了评估中外界影响因素的复杂性、主观判断的模糊性和人为打分的随机性影响。