自动步枪击发计数系统设计分析

自动步枪是一种现代战争中经常使用的杀伤性武器,常见步枪的击发速率大约为每分钟数百发,设计寿命约为数万发。如果能对自动步枪击发的次数进行计数,将会对自动步枪的研究发展起到较大的作用。以目前我国大量装备的56式自动步枪为对象,设计了一种击发计数装置来准确地计量子弹击发的数目。开展了自动步枪击发计数系统三维结构设计、检测电路设计、程序设计、综合仿真分析验证以及实验验证等研究工作。经过仿真及实验验证,所设计自动步枪击发计数系统达到了预期的计数目的,能够为自动步枪的研究提供一定的理论支持。

下肢外骨骼人机耦合粗糙度的评价方法

为了更好的评价外骨骼的人机工效,在现有外骨骼样机的基础上,提出一种基于三维运动捕捉系统的下肢外骨骼人机耦合粗糙度的评价方法。该方法利用运动捕捉系统获得穿戴者髋关节和膝关节的轨迹变化,建立下肢外骨骼人机耦合粗糙度的模型,从而在一定程度上定量地表现外骨骼的人机工效。同时通过引入高斯滤波,实现对模型中线的获取,提高了模型的正确性。实验结果证明,该方法可以获取穿戴者与下肢外骨骼在3种步态时的不匹配度,可以作为外骨骼综合评价的参考。

二级轻气炮发射过程数学模型和计算方法

建立起模拟二级轻气炮发射过程的数值方法。运用经典内弹道学理论描述药室内火药燃烧状况和活塞运动过程,可压缩流体一维变截面非定常无粘流动数学模型描述轻气室内气体流动状态和弹丸运动过程,并通过活塞运动状态将两者耦合到一起,建立起二级轻气炮发射过程的数学模型。运用经典Runge-Kutta方法求解药室方程,二阶MacCormack格式和Harten二阶TVD格式求解轻气室方程,通过两部分计算的交替进行,实现了二级轻气炮发射过程的数值模拟。分析不同差分格式对计算结果的影响,MacCormack格式具有较高的整体计算精度,而TVD格式可以更好地捕捉流场中的激波。

细长体大攻角非对称涡流的数值研究

运用数值方法模拟了细长体在不同攻角条件下亚音速绕流的背涡结构,探讨了非对称涡流的气动力特性.研究结果表明,在超临界Re数范围内,细长体大攻角绕流的非对称性是沿轴向逐步发展的,背涡结构交替形成、飘起和脱落,并诱导出呈减幅正弦形式分布的截面侧向力.由细长体两侧分离速度不等引起的当地分离涡强度不等是产生截面侧向力的主要因素.随着攻角的增大,流场非对称性越来越显著,侧向力逐渐增大;流场非对称性以及细长体尾部附近类卡门涡街形式的非定常流动都逐渐向前体聚拢.

结构与装填条件对二级轻气炮发射性能的影响

通过建立数学模型,运用数值计算方法进行求解,实现了二级轻气炮发射过程的理论计算,并以25mm/100mm二级轻气炮为基本模型,计算了其在多种不同结构参数和装填条件下的一系列发射过程。通过对大量计算数据进行系统分析,总结出结构参数和装填条件对二级轻气炮发射性能的影响规律,并根据这些规律,给出了一些提高二级轻气炮发射性能的建议.

基于AMEsim的单兵助力装置微型液压系统设计与仿真

考虑到单兵助力装置的特殊性,设计了一套压力补偿式微型液压驱动系统。通过压力补偿,液压系统中四个支路避免了相互间的干扰。经过在AMEsim中建模和仿真分析,验证了所设计的压力补偿系统四个支路间可以同时工作而又互不影响,能够满足单兵行走助力的工作要求。

细长体绕流流态拓扑结构轴向演化的数值研究

运用数值方法研究了细长体大攻角绕流背风面两侧主涡沿轴向交替形成、飘起、脱落的过程,提出了绕流截面流态拓扑结构的轴向演化规律,详细描述了主涡诱导产生二次涡、二次涡分割主涡衍生出tertiary涡、主涡与异侧二次涡绕合、主涡分割异侧主涡形成脱体涡等现象,突出了二次涡、tertiary涡的作用。分析了攻角大小对拓扑结构的影响:随攻角增大,轴向演化进程加快,非对称性增强,非对称流态向头部靠拢,准定常流动区域向前体收缩。

微型射流涡流器对湍流边界层控制的数值研究

运用数值方法,模拟出展向分布的同向倾斜微型射流列与平板湍流边界层相互作用形成流向涡列的流场结构,验证了利用其来对湍流边界层进行控制的可能性。随射流间距减小,流向涡列控制作用流向渗透能力增强,但作用区域减小;随射流速度提高,流向涡列控制作用增强,但过大的射流速度反而会导致流向涡列在局部区域内控制作用的下降;随射流俯仰角减小、倾斜角增大,流向涡列初始控制作用增强,但过小的俯仰角、过大的倾斜角会导致流向涡列流向控制区域明显缩小。要保证流向涡列具有较强的湍流边界层控制作用,必须通过合理配置射流列各主要参数,在保证各流向涡具有一定强度的同时,还要确保各流向涡在形成时部分嵌入边界层内部。

“单兵装备可靠性”专题序言

单兵装备包括枪械、士兵系统等,具有体积小、质量轻、环境适应性强、成本低、易于制造等优点,在国防三军和公安、武警等部门广泛使用,是装备种类最多、数量最大的武器,常被称为士兵的“第二生命”,需要在各种实战环境中(高原、丛林、沿海等)高可靠性工作,因此其可靠性备受关注,一直是其最重要的考核指标之一。由于单兵装备通常是光、机、电、气融合的精巧产品,其可靠性问题涉及的因素很多,尤其受环境因素(高、低温、淋雨、扬尘、盐雾等)影响,其影响因子更是复杂多变,因此多年来单兵装备的可靠性研究,主要集中在部分机构、工艺或试验某一环节。尽管取得一些成果,并为设计、制造和试验提供了一些理论依据和参考,但由于其故障机理、可靠性分析所涉及的因素较为单一,与实际情况还有较大的差异。

新型卧式冲击疲劳试验机性能研究

为对枪械自动机易损件进行冲击疲劳寿命模拟实验,研制了一种新型卧式冲击疲劳试验机。该试验机采用凸轮-弹簧式加载装置加载,通过调节电机转速、弹簧刚度和预压量调节冲击频率和冲击力峰值。对样机性能进行了实验研究,经测试获得冲击力特性,加载运动特性,冲击力峰值、冲量与弹簧预压量之间的定量关系及冲击频率对冲击力峰值的影响情况,为该类冲击疲劳试验机应用提供了依据。实验结果表明该试验机工作原理可行、动作可靠,能够满足自动机易损件冲击疲劳寿命模拟实验要求。

基于逆向动力学的步兵头盔舒适性数值分析

为了研究头盔对士兵头颈部肌肉活动的影响,建立了"盔—头—颈"肌骨模型。采用肌群激活程度作为头颈部舒适性评价标准,通过肌肉活动度最大/最小模型解决肌肉募集冗余问题,基于逆向动力学分析了头盔质量、质心位置和下颚带束紧力对头颈部肌群活动特性的影响规律。结果表明:在矢状面内,头盔质量和质心位置共同影响颈部肌群激活;在冠状面内,当头盔质量产生的附加侧弯力矩小于相应的阈值时,颈部肌群激活基本上不随头部质心位置的变化而变化;提高束紧力有利于增强头盔的跟随稳定性但增加了下颚肌群的激活程度。文中建立的"盔—头—颈"模型可以计算不同状态下肌肉激活程度的变化,头盔的设计和使用过程中可以采用该技术进行定量分析。

基于人体步态的下肢外骨骼动力学仿真研究

为了对下肢外骨骼助力装置的设计进行优化,在对人体步态分析的基础上,进行了下肢外骨骼动力学仿真研究。获得了下肢外骨骼各关节的动力学数据和所需液压系统驱动参数,并结合零点力矩(ZMP)理论进行分析。指出传统人形机器人常用的ZMP稳定性判据过于保守,不适用于下肢外骨骼助力装置的运动控制。

SAS与PANS模型在圆柱绕流中的应用比较

分别运用SST(Shear Stress Transport)、SST-SAS(Scale-Adaptive Simulation)、两种变fk(模化湍动能的比例)函数的SST-PANS(Partially Averaged Navier-Stokes)湍流模型对Re=3900的圆柱绕流进行了数值研究,重点从湍流结构捕捉、气动力计算、涡黏性控制等方面,比较了SAS与PANS两类RANS/LES混合模型的计算能力,并通过不同网格计算分析了模型的网格敏感性。数值结果表明:SAS及两种变fk方法的PANS模型均具有求解小尺度涡运动的能力,并能较好地反映出绕流尾迹的三维非定常特性,同时PANS模型能捕捉到更多的非定常结构;SAS模型中自适应尺度Lvk立足于当地流动,对网格依赖较小,计算的湍动粘度分布更合理,能够更好地计算剪切层及回流区;两种PANS模型网格独立性较差,出现了雷诺应力不足的现象;类DES可变fk函数构造相对简单,所得fk分布更准确,使用tanh函数计算的尾迹区fk值偏低,对流场调控能力稍差。

高精度步枪系统射击密集度仿真分析方法研究

使用统计方法研究步枪弹射击密集度,能够有效分析参数对射击密集度的影响情况,并能为高精度步枪的设计提供参考依据。给出了一种基于蒙特卡洛法研究步枪弹射击密集度的方法,以某7.62mm高精度狙击枪为例进行了仿真计算。获得了各参数的正态分布图,使用Matlab编程实现内外弹道的计算,最终获得了不同距离的立靶射弹散布图。能够有效获取相应步枪的射击密集度。

枪弹外形对阻力特性影响的数值模拟

运用数值模拟方法计算了不同外形尺寸对某7.62 mm枪弹阻力特性的影响规律。分别计算枪弹在不同头部、尾部尺寸及带刻痕时阻力系数随马赫数的变化,并与标准枪弹外形尺寸下的阻力系数变化规律进行比较。计算表明:头部圆弧直径越大即头部越锐长,阻力系数越小;在一定范围内,尾部锥角越大,阻力系数越小;头部圆弧部的影响大于尾部截锥体的影响。带刻痕时枪弹阻力系数大于标准弹的阻力系数。

一种弹性枪架对两种班组支援武器适应性研究

为提高班组支援武器模块化、通用化、系列化水平,减少部件品种,降低装备成本,提出了一种12.7 mm大口径机枪与25 mm口径榴弹发射器通用弹性枪架方案,建立了两种武器系统的有限元分析模型,计算了其固有特性和连发射击时的膛口振动响应,分析了该弹性枪架对两种班组支援武器的振动匹配和适应性问题。计算结果表明:两种武器系统各阶振型基本一致,固有频率差异不大,刚度匹配合理;连发射击时膛口的最大位移都偏大,但在弹丸出膛瞬间,其膛口位移都在一定范围内,系统动态稳定性良好,动力匹配合理,能满足发射响应和射击精度要求。该弹性枪架可兼容上述两种武器,采用同一枪架是可行的。

LT1350涂层线水冷辊结构仿真优化设计

亲水铝箔在生产过程中由于冷却速度过快会产生"起皱"问题,其原因为目前LT1350涂层线水冷辊冷却速度与工艺要求不匹配。本文采用添加空气隔层减缓冷却速度来改善这一工艺难题,使用Fluent软件对不同水冷辊结构时的铝箔冷却速率进行了数值模拟,给出了流场温度分布及量化值比较,并分析了空气隔层厚度对冷却过程的影响规律。结果表明:由于设置纯水隔层,目前LT1350涂层线水冷辊冷却速率过快,在旋转45°时铝箔降温即接近于水层温度;添加空气隔层可有效改善使用纯水隔层水冷辊时铝箔温度速度下降过快的问题;随着空气隔层厚度的增加,空气隔温效果增加,温度变化梯度降低,针对LT1350涂层线水冷辊,空气隔层厚度设置为4~6 cm可满足铝箔冷却工艺要求。

步速对人体下肢运动特性影响的实验研究

分析步速对人体下肢关节运动特性的影响,为外骨骼等仿生机械的步态控制提供参考。通过三维运动捕捉实验及人体下肢运动分析模型,获得了不同步速(3、4、5、6km/h),人体下肢关节的运动学信息;研究了在矢状面内的人体下肢关节运动角度、角速度在不同步速下的变化规律;同时利用数值拟合,构建了通用髋、膝关节的运动角速度关于步态周期及步速的参数化数学模型。实验表明下肢关节运动角度、角速度基本随步速的增加而变大,并利用实验数据验证了参数化模型的可行性。

有限空间人体周围流场的仿真研究

作为个人卫生护理机器人研发的重要内容,在洗浴过程中必须考虑人体皮肤与循环水流的接触面积、速度和压力,因为这些参数对洗浴效果影响较大。为提高自动洗浴效果,为浴槽结构设计和循环水自动控制策略提供研究依据,基于统计意义上的人体尺寸,建立了有限空间和人体的CFD模型。结合水流的循环方式、浴槽和人体的几何边界条件,对浴槽内人体周围的流场进行离散,细化接近人体周围的流场网格,对三维流场进行数值模拟计算,计算出水流不同循环模式作用下,人体近表面的速度分布及各循环模式下进水口的迹线图,在时间和空间上定量给出浴槽内人体周围流场变化的数值解,为结构优化设计和洗浴模式研究提供参考。

基于CFD的铝箔碎屑收集负压管设计

为了获得适合于铝箔剪切机碎屑收集需求的负压管路结构,使用计算流体力学方法计算了不同支管布置结构的管路压力-速度耦合流场,通过速度云图及流线对比分析了不同结构的负压利用效率,并结合支管入口处速度量化值大小给出了优化的管路结构设计。结果表明:增加支管深度能够改变主管内气流膨胀状态,增大后部负压区域及量值,从而明显提高支管进气流速度;支管与主管相交方式对负压利用有较大影响,平滑的相交方式对气流有良好的导向作用,并可减小后部涡流区域,降低压力损失;使用增大支管深度及倒圆角的结构形式获得了最大的支管进口速度,可以满足铝箔剪切机碎屑收集要求。