高超声速火箭橇凿削磨损机理分析

针对高超声速下火箭橇运行过程中凿削磨损产生的机理模糊不清问题,基于有限元-光滑粒子流体动力学法(FEM-SPH法),利用有限元软件ABAQUS构建了三维火箭橇靴-轨模型,FEM-SPH法是一种既能保证计算精度,又能克服网格畸变的新型模拟方法。在该模型中,滑靴和轨道所使用的材料分别为VascoMax 300钢、AISI 1080钢,并赋予各自材料属性,通过设定航向速度为2000 m/s,竖直速度为2.5 m/s以及温度为673 K,模拟了高超声速下靴-轨凿削磨损现象的演变过程。模拟结果表明:凿削磨损是在高温高应力作用下和靴-轨之间形成嵌入式结构后,经过持续地破坏滑靴底部所产生的,最终形成泪滴状蚀坑。进一步分析表明,竖直速度和温度的增加都会提高凿削发生的概率。在航向速度为2000 m/s、初始温度为673 K时,竖直速度超过1.50 m/s就会发生凿削现象;在航向速度为2000 m/s、竖直速度为2.5 m/s,温度超过293 K就会发生凿削现象。该研究成果不仅有助于高超声速下靴-轨凿削磨损的产生机理进一步完善,还为高超声速火箭橇试验的安全发射提供了新的理论支持。

基于光电标签的火箭橇全程测速技术研究

火箭橇试验在兵器研制和性能测试上起着至关重要的作用,现有火箭橇测速方法均存在一些不足之处,针对火箭橇试验中全程速度测量难题,提出了一种基于光电标签的火箭橇全程速度测量方法;建立了光电标签的探测模型,对光电标签的原向反射特性进行研究,分析并仿真了传感器在动态测量中的信号变化过程,基于信号的频率特性对光电探测器件与信号处理电路进行选型,设计并搭建出硬件测量电路,对系统进行了测试与验证;实验结果表明:传感器对光电标签的探测距离可达40 cm,系统速度测量范围满足了火箭橇试验在兵器靶场上的应用,与传统方法相比,光电标签法成本更低、易实现,在火箭橇全程速度测量中有更广泛的应用场景。

高超声速火箭橇气动特性优化与风洞试验

为研究如何在不额外增加稳定装置的基础上提高超声速条件下火箭橇的在轨运行稳定性,基于数值分析方法开展了高超声速火箭橇气动特性优化设计,并通过风洞试验对优化后的橇体进行了不同工况下的气动特性研究。建立了基于SST湍流模型、N-S控制方程的火箭橇气动特性数值分析方法,通过经典双椭球模型对计算方法的准确性进行验证。基于气动特性数值分析方法开展橇体气动外形设计,对整流板俯仰角、侧偏角以及前、后滑靴的位置进行优化。通过风洞试验对优化后的橇体进行不同工况下的气动特性研究,分析马赫数、雷诺数以及轨道和地面效应的影响。研究结果表明:火箭橇高超声速气动特性数值分析方法的精度约为86.94%,可以用来模拟火箭橇在高超声速流场中的气动特性;在Ma=5时,优化后的模型相较于优化前的模型,气动阻力减小了约23.57%,气动升力减小了约38.49%;随着马赫数的增加,橇体阻力系数呈下降趋势,当Ma从4增加到6,橇体的阻力系数下降约19.98%;橇体升力系数与俯仰力矩系数均随着雷诺数的增大而增加,Ma=5,当雷诺数从1.80×10^(7)变化到3.60×10^(7)时,橇体的阻力系数与俯仰力矩系数分别增加约8.95%和13.09%;轨道和地面会导致橇体阻力系数、升力系数和俯仰力矩系数同时增加,其中俯仰力矩系数的变化最为显著,3组对比试验的俯仰力矩系数平均增量约为992%。该研究可为高超声速火箭橇设计提供数据支撑,具有一定的工程应用价值。

火箭橇弹射救生试验测试技术现状及发展趋势

通过查阅大量国内外飞机弹射救生文献资料和实施多次火箭橇弹射救生通道清理试验,对火箭橇弹射救生试验测试技术进行了系统梳理,从光学图像测试和力学测试这2个方面对通道清理、座椅弹射、氧气供给、人-椅分离、乘伞下降和安全着陆这6个试验分系统凝练试验测试内容,并按测试对象进行相应测试方法介绍,提出未来火箭橇弹射救生试验测试将朝着火箭橇平台高超声速试验能力、飞机变姿态试验和测试系统智能安全小型化的方向发展。

高超声速火箭橇刨削效应仿真与验证研究

为形成具有高置信度水平的火箭橇试验刨削效应分析能力,基于真实的在轨试验刨削数据,开展了高超声速火箭橇刨削效应仿真与验证研究。首先,通过分析火箭橇在轨试验真实刨削数据,获取了典型刨削现象的参数描述;通过化学成分和金相显微组织检测,实现了基于绝热剪切理论的刨削机理闭环验证。然后,利用静态拉伸试验和高温双同步Hopkinson杆试验,获取了Johnson-Cook本构模型参数。最后,使用物质点分析方法,开展了火箭橇垂向速度分别为1.75、2.00和2.25 m/s的3种工况刨削效应仿真,得到了与真实试验刨削形貌基本一致的仿真结果。仿真结果与在轨试验真实数据对比显示,当滑靴垂向速度为2 m/s时,刨削坑长度、深度实验和仿真偏差分别为1.8%、-3.9%,均未超过5%,达到了较高的一致性,验证了物质点方法分析刨削的适用性。该方法和参数取值可以作为后续高超声速火箭橇试验试前刨削安全性评估的参考。

地面效应影响下的高速火箭橇气动特性数值与风洞试验研究

精确预示地面效应下高速火箭橇的气动特性及流场规律对高速火箭橇的设计和评估具有重要意义。本文应用有限体积方法,研究了湍流模型对火箭橇气动特性计算精度的影响,建立了基于realizable k-ε湍流模型的火箭橇气动特性的高精度数值计算方法;结合风洞试验方法,研究了雷诺数和地面效应对高速火箭橇流场流动规律的影响,分析了火箭橇气动特性。结果表明,火箭橇阻力系数随雷诺数增大而减小,升力系数和俯仰力矩系数随雷诺数增大而增大,但雷诺数对高速火箭橇气动特性的影响较小;地面效应会使火箭橇流场发生激波-激波干扰、激波-边界层干扰和激波反复反射等复杂气动现象,大幅提升了火箭橇的升力系数和俯仰力矩系数,但对阻力系数的影响较小。研究为高速火箭橇气动外形的设计及运动稳定性的评估提供依据。

弹射救生火箭橇气动特性数值模拟及试验验证

针对高速运行条件下飞机弹射救生试验难题,全尺寸火箭橇试验是低风险、高费效比的研究手段。为确定气动力对弹射救生火箭橇工作状态的影响,本文建立了全尺寸双轨弹射救生火箭橇模型,在CFX平台上对比分析了k-ε、k-ω和SST这3种湍流模型对数值模拟结果的影响,结果表明湍流模型对计算结果相对误差小于1.5%。基于SST湍流模型,对弹射救生火箭橇橇体和座舱两部分的气动特性进行了数值模拟。结果表明:亚音速和跨音速条件下,弹射救生火箭橇的等效阻力系数随速度的增加而单调递增,橇体和座舱阻力之比随速度增加呈现先减少后增加的规律;火箭橇橇体对弹射救生座舱舱盖的阻力、升力及压强影响均较小,两者计算误差小于16%,火箭橇流场对飞机座舱舱盖切割性能测试影响较小。在亚音速条件下开展了弹射救生火箭橇试验,实验结果与计算值吻合较好,验证了数值模拟方法的可靠性,研究结论可为飞机弹射救生试验提供思路。

火箭橇试验方法综述

结合我国航天器、航空器、常规武器装备以及民用高新产品全面、快速发展的背景,针对以测试技术促进飞行器先进性、可靠性提升的总体需求,详细介绍了火箭橇试验系统,基于试验分类阐述了火箭橇试验能力并归纳总结了国内外火箭橇试验基础技术发展现状。旨在加深人们对火箭橇试验的认识,充分挖掘火箭橇试验的巨大潜力,使火箭橇试验真正成为支撑航天、航空、兵器、船舶、电子等各领域飞行器研制的一种地面高动态试验,更有效地发挥试验测试在国民经济发展和国防事业建设中的作用。

高超声速火箭橇试验动力学参数测试方法

针对高超声速火箭橇试验,对被试品、橇体、滑靴结构动力学参数的高精度、高可靠性测试需求,提出了一种基于标定技术和可靠性设计的橇载动力学参数测试方法。该方法在橇载动力学参数高精度采集、存储测试的基础上,分析了测试环境的特点,通过测试系统构建,系统标定,数据处理方法研究,可靠性设计,并经过试验验证。试验结果表明,通过系统标定、安装结构设计、可靠性设计等研究,显著提高了高超声速火箭橇试验橇载动力学参数的测试准确性和可靠性。

超声速火箭橇试验气动压力参数测试方法

针对超声速火箭橇试验对被试品表面压力场分布高精度测试需求,提出了一种基于标定技术和数据算法优化处理的气动压力测试方法。该方法在气动压力特性高精度采集、存储测试、气密性检测的基础上,分析了温度对压力传感器响应特性的影响,通过测试系统构建和对压力传感器标定,建立了有关算法,并经过验证。结果表明,利用标定的数据通过数据处理算法修正,提高了测试精度。

冲击片雷管在大型战斗部传爆序列中的应用

针对大型战斗部高安全性、高可靠性的起爆要求,设计了一种以冲击片雷管起爆传爆药柱的直列式传爆序列,分析了试验用冲击片雷管的起爆感度,并对冲击片雷管在静态以及动态条件下的传爆性能进行了试验验证。结果表明:冲击片雷管在70℃、-40℃、常温以及1.6mm的传爆间隙条件下,能够可靠起爆聚黑传爆药柱;在高速740m/s、低速370 m/s条件下传爆序列能够可靠传爆并作用,试验结果说明冲击片雷管的起爆性能满足大型战斗部的要求。

惯性测量装置火箭橇试验外测数据融合方法

在3 km火箭橇试验的基础条件下,为解决惯性测量装置火箭橇试验中雷达外测系统、遮光板外测系统和GPS系统的时间不同步、初始状态不一致以及分离误差采用单一外测数据的问题,通过解算和分析火箭橇试验过程中的雷达外测数据、遮光板外测数据和GPS外测数据的数据特点,探究了一种雷达外测、遮光板外测和GPS系统的数据融合方法。该方法有效的利用了雷达的测速精度和遮光板的位置精度,弥补了水刹车段外测手段单一的不足,成功将各外测系统融为一体,系统位置精度小于0.02 m,系统测速精度小于1‰,为惯性测量装置的误差分离提供了一个完整、准确的外测系统。

一种惯性测量装置火箭橇试验误差分离方法

惯性测量装置火箭橇试验可以提供大过载环境,为标定加速度计高阶误差项系数提供必要条件。为了利用位置外测信息准确辨识加速度计高阶误差项系数,提出一种针对火箭橇试验的惯性测量装置误差模型参数辨识方法。在给出加速度计高阶误差模型后,该方法通过建立惯性测量装置位置遥测误差和误差模型参数间的线性函数关系构建位置环境函数,之后利用最小二乘法估计出误差系数数值。仿真结果表明,该方法在辨识加速度计高阶误差项参数上具有很高的精度;应用该方法对一次火箭橇试验数据进行误差分离后,通过对解算结果进行显著性分析,证明了辨识出的高阶误差项系数的有效性。

基于火箭撬的激光制导武器飞行仿真系统

以某激光制导兵器为背景,依托火箭橇平台,研究了将激光导引头实物接入回路的半实物仿真系统的方案与设计,构造了一个激光制导兵器在接近真实飞行环境下,对目标进行跟踪和实施攻击的仿真系统,以检测激光导引头接收目标信息、分辨目标和跟踪目标的能力等;同时,详细讨论了火箭橇技术在激光制导武器飞行仿真中的应用,该系统是实验室仿真与实弹打靶的良好过渡,并且能够更加真实地检验导引头的性能指标。

惯导系统火箭撬试验数据处理方法(英文)

惯导系统火箭橇试验技术在国内还属于一门新兴的试验技术,刚处于起步探索阶段。惯导系统火箭橇试验是验证惯导系统在复合环境下的误差模型、评定制导系统误差模型精度以及分离大过载条件下惯导系统误差系数的有效手段。主要探讨了惯导系统的误差模型,提出了基于火箭橇试验的动态条件下的误差分离和数据处理方案,并对火箭橇试验中数据处理方法进行了分析。这些研究为在我国进一步开展惯性装置火箭橇试验研究提供理论基础。

惯性测量装置火箭橇试验功能验证方法

惯性导航测量装置火箭橇试验在国内尚处于起步探索阶段,火箭橇试验可以提供大过载等综合力学条件,逼真导弹真实的飞行环境,能够考核惯性测量装置在综合环境下的各项性能指标。对惯性测量装置的数据进行时间同步和统一化处理,参考雷达外测数据进行对比分析,通过分析结果验证了惯性测量装置火箭橇试验的可行性、可靠性以及精度稳定性。

常规兵器火箭橇试验速度影响因素分析

对常规兵器火箭橇试验时橇车速度影响因素进行了分析。利用火箭橇动态试验时,外测得到的橇车全弹道速度、加速度、距离和估算的橇车总质量等参数,反向计算了2种不同类型橇车的气动阻力系数。将气动阻力系数、火箭发动机推力和橇车质量等参数代入橇车弹道方程,对橇车速度、距离进行了拟合,拟合结果与实际动态试验结果吻合良好。并对某次动态试验时最高速度、最高速度时运行距离等进行了预测,预测结果与实际测试结果相同,证明了橇车气动阻力系数计算方法和研究结果的正确性。同时对不同气动阻力系数、橇车质量、滑动摩擦力和火箭发动机推力情况下的速度进行了计算,得出在音速范围内Ⅱ型橇车的气动阻力系数对其速度影响最大;发动机推力和橇车质量是影响速度的次要因素;滑动摩擦力对速度影响最小。

惯性测量系统火箭橇试验图像测速方法

在惯性测量系统火箭橇试验中,目前主要采用雷达测量设备、遮光板时空测量装置测量橇体的运行位置和速度。火箭橇点火时,会产生高速度,强尾焰,大噪声和剧烈振动等外测条件,雷达测量设备、遮光板时空测量装置无法准确测量火箭橇运行的速度。为满足未来轨道延长和火箭橇多级点火越来越迫切的需求,提出火箭橇试验图像测速方法,弥补上述两种方法缺陷并提高速度测量的精度。研究了照片反求,特征点提取,速度噪声的频谱分析,橇体运行速度的计算值和平滑值,为惯性测量系统火箭橇试验提供高精度的位置速度变化模型。

基于火箭橇试验的航向控制点轨迹测试技术

在弹射座椅的火箭橇试验中,针对空间三向位移的测量,提出了一种基于航向控制点的轨迹测试法.这种测试法充分利用航向位移远大于竖直高度的特点,将两台高速相机在锁定俯仰角的情况下只转动方位角沿航向进行跟踪拍摄,确保每帧影像上至少有一个航向控制点.依据俯仰角的大小将倾斜像片变换为竖直像片,通过前方交会计算得到目标点的三维空间坐标.在这项测试中以实体目标进行精度检测,其平面点位和高程测试精度约为0.5 m.

惯性测量系统火箭橇试验一维运动约束方法

火箭橇试验由于其大过载、高动态等特点,能够为惯性测量系统的性能测试和精度评估提供测量数据及试验验证等。在进行火箭橇试验时,火箭橇体的运动应为一维直线运动。但在实际情形中,由于惯性测量系统误差影响,橇体的实际轨迹为三维轨迹,导致导航解算结果存在较大误差。针对上述问题,提出一种将惯性测量系统火箭橇试验三维运动约束为精确的一维运动的方法。首先建立火箭橇橇体的姿态角误差、速度误差和位移误差模型,并将其作为系统状态量;其次,采用卡尔曼滤波器对系统状态量进行开环估计和零速修正补偿,最终使得橇体在侧向和高度方向上的位置和速度补偿到近似为零。试验导航结果表明,经过一维运动约束方法处理后的X轴位移误差明显减小,且经修正补偿后的Y轴和Z轴的位移误差已减小到1 cm左右,实现了火箭橇试验运动一维化的处理。