考虑时空协同的滑翔制导炮弹单炮多发快速弹道规划

针对单炮多发应用场景,研究在时间、空间协同等多约束条件下的滑翔制导炮弹快速协同弹道规划问题。为平衡序列凸优化(Sequential Convex Programming,SCP)算法在快速性与最优性之间的冲突,提出一种改进的SCP算法;考虑到多约束条件下可行域较小、初值敏感性较高的特点,设计两种迅速且有效的迭代初值生成方案;为充分发挥弹群整体控制能力,采取集中式的协同规划策略,同步求解所有方程组,以达成全局规划目标。仿真实验结果表明,新算法能够较好地解决多约束条件下的协同规划问题,与现有文献中的常见算法进行对比,具备良好的收敛性能和较高的计算效率。

滑翔制导炮弹多炮齐射协同弹道规划与协作范围确定方法

针对滑翔制导炮弹多炮齐射打击固定目标的协同攻击场景,为充分发挥整体控制能力,增强打击效果,研究着眼于弹群的协同方案弹道规划问题。首先,考虑到攻击不同距离目标时飞行方案的侧重点与弹道特性差异,为滑翔制导炮弹进行战区划分,并在此基础上建立寻优指标因战区而异的全弹道协同规划模型。其次,针对实战中的战斗队形配置问题,提出一种简单通用的协作范围确定方法。随后,针对现有协同方式在处理多阶段规划问题时存在的适用性或最优性方面的局限,提出一种双层自适应协同策略。最后,分析特殊作战任务引入的额外约束条件对战区划分与协作范围的影响。仿真结果表明,所提方法可以简捷有效地确定可行工况,辅助战斗队形的配置;同时,相比于传统的分布式策略,在所提的协同策略作用下,不同战区内的方案弹道均具有优越性。

面向突防的滑翔制导炮弹弹道规划方法

针对滑翔制导炮弹在不可避免的威胁区域内选择突防方案的问题,从量化威胁值的角度建立了敌方防御手段的数学模型,基于模型设计了全程综合威胁值最低的规划指标,提出考虑目标防御威胁的弹道规划方法。为实现滑翔制导炮弹全程飞行过程中初始弹道倾角、偏角、火箭点火时刻、滑翔启控时刻等各参数的最佳匹配,建立了多阶段全弹道规划模型,并采用hp自适应伪谱法将最优控制问题转换为非线性规划问题求解。通过仿真验证了在该指标下滑翔制导炮弹对目标防御的规避效果,分析了影响有效性的因素。与传统弹道规划方法进行对比,证明了所提方法的优越性。

考虑云团衰减作用的激光制导炮弹弹道规划

针对多云天气条件下,云团对激光信号产生较大衰减作用从而影响末制导性能这一问题,提出一种考虑云团对激光衰减作用的滑翔增程激光制导炮弹弹道规划方法。经过合理假设建立云团近似模型,在此基础上设计云团规避—控制能量最优复合规避目标函数(Compound Evasion Objective Function,CEOF)。根据激光导引头工作特性和制导炮弹的飞行特性建立弹道规划模型,采用Radau伪谱法将弹道规划问题转化为非线性规划问题(Non-linear Programming,NLP)。调用NLP求解器SNOPT求解。选取多组云团算例进行仿真分析,仿真结果验证所提弹道规划方法的有效性。研究结果表明,与传统弹道规划方法进行仿真对比,新的弹道规划方法以增加较少动能损耗、控制能量消耗和攻击时长为代价,大幅减少了云团对激光的衰减作用,验证了其优越性。

一种基于轨迹预测的滑翔制导炮弹时间约束末制导律扩展方法

针对滑翔制导炮弹末制导过程中的攻击角度与攻击时间控制问题,为简化制导律设计、方便工程应用,提出了一种将现有高性能非时间约束制导律扩展为可处理时间约束形式的方案。该方案以非线性导引模型为基础、现有制导律作用下的弹丸飞行轨迹为参考轨迹,通过为弹丸预设合理的飞行时间并结合轨迹预测的方法,将滑翔制导炮弹的末制导过程分为2个阶段。第一阶段制导炮弹在扩展后的制导律作用下飞行,通过增加参考轨迹曲率、延长弹丸飞行时间的方式使攻击时间误差在有限时间内收敛至零;第二阶段制导炮弹在原始制导律作用下飞行,直至命中目标以满足脱靶量与攻击角约束。同时,通过不同工况下的大量仿真,研究了设计参数的取值范围对第一阶段中弹丸攻击时间误差收敛性能的影响。该扩展方案的推导过程无需现有制导律的显式表达,具有一定的通用性。研究结果表明:通过合理的参数设置,扩展方案可以在现有制导律的基础上实现攻击时间控制,且制导指令光滑,需用过载较小,符合作战任务要求。

钨锆基多元活性破片制备工艺与动态性能研究

为探究制备工艺参数对多元活性破片力学性能的影响,以W、Zr和聚四氟乙烯(PTFE)为原料制备了多元活性破片,分析了制备过程中混粉球料比、成型压力、保压时间以及烧结温度对破片力学性能的影响,得到了钨锆基多元活性破片的最优制备工艺:混粉球料比为2∶1;成型压力为20 MPa;保压时间为5 min;烧结温度为400℃。研究了破片在不同应变率加载下的动态力学性能,拟合得到材料的本构方程。利用弹道枪试验验证了破片对典型目标的毁伤效果,检靶结果表明钨锆基多元活性破片具有一定的侵彻能力以及释能毁伤效果。

Observer-based robust high-order fully actuated attitude autopilot design for spinning glide-guided projectiles

This paper investigates the design of an attitude autopilot for a dual-channel controlled spinning glideguided projectile(SGGP),addressing model uncertainties and external disturbances.Based on fixed-time stable theory,a disturbance observer with integral sliding mode and adaptive techniques is proposed to mitigate total disturbance effects,irrespective of initial conditions.By introducing an error integral signal,the dynamics of the SGGP are transformed into two separate second-order fully actuated systems.Subsequently,employing the high-order fully actuated approach and a parametric approach,the nonlinear dynamics of the SGGP are recast into a constant linear closed-loop system,ensuring that the projectile's attitude asymptotically tracks the given goal with the desired eigenstructure.Under the proposed composite control framework,the ultimately uniformly bounded stability of the closed-loop system is rigorously demonstrated via the Lyapunov method.Validation of the effectiveness of the proposed attitude autopilot design is provided through extensive numerical simulations.

活性壳体温压战斗部对相控阵雷达天线的毁伤效应

研究活性壳体与温压炸药组合战斗部的威力,以及对相控阵雷达天线靶标的毁伤效应,以期提升对其的毁伤效果,并为相关战斗部设计提供支撑。设计活性壳体、20号钢壳体2种同尺寸结构温压战斗部,进行战斗部毁伤模拟相控阵雷达天线靶标试验,测试并分析火球温度、冲击波、靶标介质棒损坏比例等数据。试验结果表明:相同尺寸结构和装药量下,相对钢壳战斗部,活性壳体战斗部火球最高温度提高14.9%、500℃以上火球面积增加20%~50%,冲击波比冲量始终高于钢壳战斗部,对8 m处靶标的毁伤程度提升15.5%;温压战斗部可通过自然破片和冲击波毁伤靶标,冲击波能够造成介质棒大面积脱落,基于试验结果分析,对于54.8%以上阵面辐射单元毁伤,冲击波比冲量应达到142.5 Pa·s以上。

基于SPH-FEM算法的森林灭火弹爆炸抛撒灭火剂初速的数模拟研究

针对森林灭火弹爆炸抛撒问题,应用LS-DYNA软件对森林灭火弹爆炸抛撒灭火剂初速进行数值模拟研究。依据森林灭火弹爆炸抛撒实验的数据,对Gurney公式进行修正;建立森林灭火弹的仿真模型,将仿真模型所得灭火剂初速与修正后Gurney公式所得灭火剂初速进行对比,验证SPH-FEM耦合算法研究此类问题的可行性;对森林灭火弹装药结构进行优化,分析阶梯装药结构对灭火剂初速的影响。结果表明,修正后Gurney公式能够更好地适用于灭火剂初速的计算;采用SPH-FEM耦合算法模拟所得灭火剂初速与修正后Gurney公式所得灭火剂初速的吻合度高,表明采用SPH-FEM耦合算法研究此类问题是可行的;对森林灭火弹装药结构进行阶梯化改进可以增大灭火剂抛撒面积与提升灭火剂抛撒均匀性,提高森林灭火弹灭火效率。

卡瓣数量对尾翼脱壳穿甲弹脱壳过程影响分析

为研究尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS)脱壳过程中弹托与弹体之间流场相互作用特性,本文采用FLUENT流体力学计算软件,基于6DOF动网格技术,建立了尾翼稳定脱壳穿甲弹弹托分离三维流场的数值仿真模型,对卡瓣在气动力作用和重力作用下的分离过程进行了模拟,仿真得到了不同时刻卡瓣分离流场以及卡瓣、弹体气动系数随时间变化曲线,并研究了卡瓣数量对分离过程的影响。研究结果表明,在分离初始阶段,弹托前端旋转气流的快速变化会导致弹体阻力突增,弹托阻力突降;中间分离阶段,弹托前脱体激波和弹体的相互作用会导致弹体气动力的波动变化;在弱耦合阶段,卡瓣激波与弹体激波在弹尾处的交汇,会使弹体阻力系数下降。随着弹托卡瓣数量的增加,弹托分离时间减少,弹体气动系数波动程度和弹体气动冲量系数呈减小趋势;4卡瓣弹托在弹托分离过程中对弹体的干扰程度最小。

混凝土墩体在聚能侵彻体作用下的易损性评估

为研究混凝土墩体在聚能侵彻体作用下的易损性,采用试验与数值模拟相结合的方法对混凝土墩体在杆式射流(jetting projectile charge,JPC)和爆炸成型弹丸(explosively formed projectile,EFP)两种聚能侵彻体作用下的易损性进行了评估。结果表明:当聚能侵彻体打击混凝土墩体顶面或侧面时,会形成近似圆形或带缺口的近似椭圆形的毁伤区域,打击位置越靠近毁伤区域中心,墩体毁伤越严重;聚能侵彻体垂直打击墩体顶面或沿水平方向打击墩体侧面时,毁伤区域的中心分别与墩体顶面中心和侧面的几何中心重合;斜上方打击墩体侧面时,JPC和EFP对应的毁伤区域中心分别下移约27.8 cm和28.2 cm;斜下方打击墩体侧面时毁伤区域中心分别上移约26.5 cm和28.7 cm;沿水平方向打击墩体侧面时,更易使墩体出现重度毁伤;相同打击条件下,JPC对混凝土墩体的毁伤效果优于同口径装药的EFP。

电磁发射穿甲弹脱壳机理研究

为了适应电磁轨道发射方式,采用的两瓣式矩形弹托小口径脱壳穿甲弹相较于传统火炮发射缺乏膛内的预分离力,出炮口后弹托受到的气动力直接影响到脱壳的可靠性。为提高脱壳可靠性,基于动网格技术建立了流体力学与6DOF动力学耦合的数值仿真模型,研究了脱壳过程中流场的变化规律和弹体受到的气动干扰。针对弹托迎风窝前端面位置以及迎风窝深度两个核心结构参数,对比了弹托的运动特性及气动参量。结果表明:适当调整迎风窝前端面位置可以改善弹托翻转姿态,增加迎风窝深度可有效改善弹托升阻比,优化弹托分离轨迹。该方法可为电磁发射脱壳穿甲弹的设计提供参考。

基于卷积神经网络和时空特征的烟幕视频检测和参数提取

为提高干扰弹在战场上作战效能,摸清干扰弹的作战效能底数和极限施放条件,并修正干扰弹烟幕扩散方程。针对现有干扰弹作用过程形成的烟幕,烟幕透明特性和纹理各不相同,通用性较差,为能精准提取烟幕的烟幕轮廓和运动特征,提出一种基于卷积神经网络、烟幕时空特征的混合方法。该方法主要分为5个阶段:对YUV色彩空间的对比度调整;应用了差帧法检测输入视频图像序列的运动区域,设计了卷积神经网络体系结构框架,将运动区域通过卷积神经网络识别烟幕候选区域;根据烟幕的时空特征,从每个候选区域进一步识别烟幕候选区域;采用了支持向量机分类器,利用提取的特征对真实烟幕区域与非烟幕区域进行分类;提取烟幕特征的参数。经试验验证,所建立的模型将烟幕识别准确度最低提高至99.94%,能有效满足修正干扰弹作用过程中的烟幕扩散方程,为干扰弹的定型试验和作战应用提供了有力支持。

基于APSO-BP神经网络的末敏弹作战效能评估方法

针对末敏弹结构复杂、影响因素多、作战效能分析困难等问题,以末敏弹命中概率作为目标函数,建立了作战效能评估指标体系,提出了一种基于APSO-BP神经网络的作战效能评估模型,并构建了BP神经网络和PSO-BP神经网络2种对比模型,利用MATLAB工具对3种模型进行了仿真分析。结果显示,APSO-BP神经网络的运行耗时为0.6513 s,均方误差为0.0032,相关系数为0.9789;PSO-BP神经网络的运行耗时为2.0154 s,均方误差为0.0075,相关系数为0.9688;BP神经网络的运行耗时为14.1375 s,均方误差为0.0159,相关系数为0.8900。APSO-BP神经网络评估模型运行耗时更短,预测精度更高,对于末敏弹的作战运用具有重要的理论意义和现实价值。

内衬结构对活性破片高速驱动影响规律研究

为实现活性破片在高速驱动下的完整性,研究内衬结构对活性破片高速驱动的影响规律。根据能量守恒定律建立了考虑内衬伸长率的破片初速计算模型,选择2A12铝、20号钢与20号钢/芳纶复合结构三种内衬,基于物态方程分析了内衬与破片接触面上的界面压强,设计了2A12铝和20号钢/芳纶复合结构内衬战斗部方案,通过静爆试验对活性破片破碎情况及计算模型进行了验证。结果显示:20号钢伸长率较2A12铝提高了145.83%,20号钢/芳纶复合内衬战斗部较2A12铝内衬战斗部装填比降低了14%,破片初速提升了10.85%;所建立模型的计算结果与试验吻合较好,计算精度较现有模型提高了8%以上。基于试验结果和理论分析,表明20号钢/芳纶复合内衬实现了对活性破片2 300 m/s以上速度的爆炸完整驱动。

一种新型抗冲击曳光管设计与验证

根据某型现代小口径高炮武器系统曳光训练弹的研制要求,设计了一种新型抗冲击曳光管,对曳光管壳、曳光组件、曳光装药方案及曳光药剂抗冲击结构进行了优化,并对曳光管发火性能、动态发光强度和曳光时间进行了试验验证。结果表明,该曳光管在分别保常温(15℃,48h)、低温(-40℃,48 h)和高温(50℃,48 h)后,均能够满足动态发光强度不小于3 000 cd、曳光时间不小于6 s、曳光颜色为红色的技术指标要求,从而实现在弹丸4 000 m飞行轨迹上指示弹道的功能。

一种中心管式子母弹药抛撒技术

针对一种中心管式子母弹药技术需求,提出泡沫架材料对子弹抛撒初速有影响的论述。对以抛撒装药驱动能源的子弹梯度抛撒结构进行仿真计算、理论分析,提出大质量子弹抛撒初速的理论计算公式;设计中心管式子母弹的梯度抛撒方案,进行地面2组实验,实验测得的子弹抛撒初速与理论计算结果相比,相对误差为4.79%。结果表明:以抛撒装药方式和高密度泡沫架能很好地实现中心管式子母弹药均匀抛撒的功能,相比传统子母弹药抛撒更为合理,对子弹的抛撒过载防护更有利。

耦合稳定结构特性的图像末制导炮弹内弹道性能研究

针对线膛火炮发射的图像末制导炮弹多采用“滑动弹带+气缸张开式尾翼”稳定结构特点,对末制导炮弹发射过程、滑动弹带膛内作用过程和气缸张开式尾翼气缸膛内充放气过程进行分析,建立了耦合“滑动弹带+气缸张开式尾翼”稳定结构特性的图像末制导炮弹内弹道模型,并以某图像末制导炮弹为例进行了数值仿真研究,得到了弹丸发射时膛内火药燃气压力和气缸内部压力、弹丸膛内运动速度以及弹体自转角速度等内弹道性能随时间的变化规律。从仿真结果来看,仿真模型计算精度较高,并且相关曲线与该图像末制导炮弹实际发射时的变化规律相一致,验证了模型合理性。在此基础上,从装备设计研制的角度重点分析了气孔直径和弹体与弹带环后端面之间摩擦系数的变化对气缸内外压差、弹体炮口转速等的影响规律。相关研究成果可为图像末制导炮弹结构的优化设计、弹载器件失效与抗过载机理以及其他类型制导炮弹在线膛火炮发射平台上的应用研究提供一定的理论基础与数据支撑。

卫星导航系统受扰条件下制导炮弹打击能力分析

卫星导航/惯性导航的组合导航是制导炮弹的主要制导方式,也是制导炮弹精确打击的关键所在。卫星导航系统主要作用包括定位导航、时间同步和精确制导3个方面。首先介绍卫星导航对制导炮弹的作用机理及影响因素,然后分析卫星导航系统受到干扰后对制导精度的影响,进而对制导炮弹命中精度进行分析。

负载位置对带负载动能杆斜侵彻的影响研究

将超高速动能导弹简化为带负载的动能杆,建立其斜侵彻质心运动方程,据此预测其斜侵彻深度。利用Ansys/LS-DYNA软件对侵彻过程进行数值模拟,通过与理论计算结果对比,验证建立的理论侵彻深度模型的可靠性,分析负载位置对动能杆侵彻过程的影响,并和无负载动能杆进行对比。研究结果表明:负载撞击靶板后导致的靶板翘起会撞击动能杆,甚至使动能杆发生折断,致其侵彻深度下降;负载到动能杆头部的距离越远,翘起的靶板越晚撞击动能杆,负载对动能杆的侵彻影响越小。故设计带负载的动能杆时,应尽量将负载置于动能杆后方,使弹丸的整体质心靠后,降低负载对动能杆侵彻过程的影响。