压缩空气弹射系统实验与仿真

弹射起飞能够有效降低无人机起飞阶段的能量消耗,增加有效载荷,提升巡航里程。本研究以固定翼无人机压缩空气弹射系统为研究对象,开展实验与仿真研究。基于MATLAB总体热力学设计,本工作成功研制了压缩空气弹射器样机,开展了详细的实验测试;并进一步建立动态仿真模型,把握其气动作用过程。本研究获得了无人机弹射过程中的压力变化及速度、加速度以及位移等运动参数随时间的变化曲线,详细分析了弹射过程中压缩空气的流动规律及其对活塞的作用过程,并分析了不同工作压力对弹射器性能的影响。本研究详细分析了弹射器的具体工作过程与弹射性能,实验测试结果表明:最终搭建的弹射器样机可实现50 kg无人机以25.11 m/s的速度弹射起飞;并通过仿真研究获得了其气动作用机理。

能量因素对压缩空气弹射内弹道性能影响研究

以大口径火箭弹压缩空气发射装置为研究对象,利用理论分析,确定影响内弹道性能的能量因素,并建立了不同空气压力、不同体积以及有、无泄漏的压缩空气弹射内弹道模型。通过对流固耦合数值仿真结果的分析,得到了弹药速度与时间、弹药速度与位移、弹药加速度与时间等关系,从而分析出能量因素对压缩空气弹射内弹道性能的影响。

筒式压缩空气弹射系统内弹道性能研究

压缩空气弹射可为无人机、导弹或火箭的发射提供驱动力,增加其初速度或载荷。以筒式压缩空气弹射系统为研究对象,开展了弹射系统内弹道性能的仿真与实验研究。针对参数选取,建立了系统热力学模型,进行动力学分析,完成了方案设计,搭建了弹射实验台,对不同质量的弹射体开展实验研究。建立了内弹道动态仿真模型,验证了模型的有效性,研究了弹射体加速度等性能参数与气体压力等变量之间的影响规律。研究结果可为压缩空气弹射工程样机的研制提供参考。

压缩空气弹射在武器系统中的应用综述

压缩空气弹射广泛应用于航空航天、舰船、陆基武器系统等领域,具有弹射速度快、无需热防护、可重复利用、安全环保及通用性能好等优势。通过对大量文献进行分类总结,概述了压缩空气弹射的应用研究领域,简要分析了压缩空气弹射在各行业内应用过程中存在的关键技术及发展前景。研究表明:研制高效、小型化的压缩空气弹射系统是各行业各领域发展的必然趋势,相关结果为压缩空气弹射的应用与研究提供有利参考。

压缩空气弹射内弹道影响因素作用规律研究

针对某直筒式压缩空气弹射装置工作过程中存在诸多因素影响其内弹道特性的问题,为有效改善内弹道特性,提升装置整体弹射性能,对这些因素作用于内弹道特性的规律进行研究必不可少。选择以控制阀直径、发射筒径及初始温度3个因素作为分析重点展开研究。在计算流体动力学软件FLUENT中建立压缩空气弹射装置简化模型,通过网格无关性验证,选择了网格数合适的网格模型;设置合理参数,运用动网格技术进行计算仿真,得出不同控制阀直径,筒径及初始温度情况下弹射装置内弹道特性的不同变化规律。由于研究对象为直筒式弹射装置,针对该型压缩空气弹射器的研究较少,研究结果可为压缩空气弹射过程内弹道的深入研究提供理论参考。

压缩空气弹射系统内弹道特性

为分析压缩空气弹射系统内弹道特性,以压缩空气弹射装置为研究对象建立弹射过程内弹道数学模型。通过数值计算,分析发射阀全开时间、发射阀最大流通面积和低压室初始容积对内弹道特性的影响规律。结果表明:发射阀全开时间越短,弹射总时间越短,弹体出筒初始速度越高,弹体过载也越大;在一定范围内,随着发射阀最大流通面积增大,弹射总时间变短,弹体初速度增高,弹体过载变化越平缓,但发射阀最大流通面积对弹体最大过载影响较弱;低压室初始容积对弹射行程和弹体出筒初始速度影响较弱,对弹射初期弹体过载影响较大。

一种采用压缩空气弹射的冷发射系统研究

针对库区火源隐患应急处置需求,设计了一种可搭载于库区防控无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)上的冷发射装置。以压缩空气为冷发射动力源,运用数学建模和结构分析的方法设计了冷发射系统发射管、直型弹夹、储气室的压力调节装置,并探寻了储气室、电磁阀和气瓶尺寸对弹射速度的影响因素,在仅控制电磁阀开关的情况下完成装置的地面射击试验。结果表明:地面射击距纸靶10~35 m时均能命中,且无故障发生。该冷发射装置设计合理,精度较高,能满足进一步的库区防控处置要求。

非爆破柔性气缸弹射器研究

研究一种基于压缩气体静音发射的柔性气缸弹射器,实现了在约束且不爆破的情况下对弹射物变距离做功。通过弹射理论分析、仿真计算和实验验证相结合的方法,对柔性气缸弹射器动力学特性进行研究。结果表明:柔性气缸折叠压缩、充气展开弹射能实现对弹射物的发射,弹射过程无爆破现象;弹射器弹射能力受到柔性气缸初始长度、柔性气缸与弹射物的接触面积、柔性气缸压力等因素的影响。在对不同初始长度柔性气缸的弹射能力的研究中发现:柔性气缸初始长度越长、折叠量越大,柔性气缸展开弹射的作用距离就越大,弹射能力也就越强;通过4个1 000 mm×2 000 mm规格的柔性气缸组在2 MPa压力作用下弹射质量60 t弹射物可产生4.6 MJ能量,可实现对大质量物体的弹射。该研究成果对实现高压气体可控能量释放与大质量弹射技术研究具有参考意义。

NMOHEMS机载单元气动弹射模型研究

针对NMOHEMS现场探测单元无人机运载的运作机制,需求一种小型化,易于自动控制的投放系统。基于系统对安全性和可靠性的要求,探索使用压缩空气弹射现场探测单元,压力筒内空气的压力Px,现场探测单元的质量M与现场探测单元出口处速度v之间的关系成为研究的核心问题。建立了机载单元水平弹射和垂直弹射的数学模型,并对该模型进行了仿真计算。研制了压力筒的样机模型和自动控制系统,实施了现场探测单元水平弹射的外场实验,获得了实验数据。研究结果表明:仿真结果与实验数据一致,对系统的优化具有很好的指导意义,此种方法可以满足机载和弹射的需求,提供了一种现场探测单元安全投放的新方法。