200m自由飞弹道靶升级改造

200m自由飞弹道靶是国内唯一一座具备开展气动力、气动物理、材料抗粒子云侵蚀及超高速碰撞等地面试验研究的综合性弹道靶设备。为满足高超声速飞行器发展的进一步需求，2009年起气动中心对200m 自由飞弹道靶进行了升级改造，升级设备包括发射器系统、靶室/真空系统、测控系统、模型姿态测量系统等。改造后的发射器系统将新增203mm和120mm口径二级轻气炮，具备0．5～30kg模型发射速度0．3～5km/s 的发射能力；靶室由原来的Ф1．5m洞体升级至Ф3m洞体，同时配备新的真空设备，实现0～80km高度模拟；测控系统将扩大测试视场以满足大模型测控需要；模型姿态测量系统除阴/纹影照相系统外，还将新增双目前光成像定位系统、脉冲X射线成像测量系统等测试设备。改造后的200m自由飞弹道靶将成为大中小口径发射器配套齐全，兼具气动力特性、材料抗粒子云侵蚀、高速/超高速碰撞等试验能力的综合性弹道靶设备。

弹道靶道数据判读与处理方法研究

针对我国常规兵器弹道靶道的双重田字形基准系统 ,结合试验操作实际 ,导出了相机和火花光源均不在双重田字网格中心轴线上的一般条件下 ,相机物空间任意一点与相机底片上像点坐标之间的换算关系 ,并建立了相应的图像判读与数据处理方法。静态照像试验证明 ,方法正确可靠 ,测量精度更高 ,应用于靶道试验可以简化标定操作 ,使试验效率大大提高。

高超声速锥柱裙模型边界层转捩的弹道靶实验

为研究高超声速边界层转捩现象、给边界层计算提供可靠的对比数据，在中国空气动力研究与发展中心趟高速弹道靶上开展了锥柱裙模型高超声速边界层转捩的自由飞实验。所采用的锥柱裙模型全长105mm，飞行速度1．94km／s（Ma=5．65），单位雷诺数4．32×10^7～1．20×10^8m-1。使用激光阴影成像技术，获得了锥柱裙模型边界层转捩和湍流边界层发展的图像，测得的湍流边界层厚度在0．6～2．2mm之间，湍流涡的流向尺寸与边界层厚度的比值介于0．3～0．8之间且沿流向呈下降趋势。实验结果表明：弹道靶实验能够获得给定飞行环境下的高超声速边界层转捩图像，从图像中可以清晰判断转捩位置或区域、测量边界层厚度和分析湍流涡的尺寸。

IB-12中间弹道靶道及其应用

脱壳穿甲弹中间弹道研究的一个重要问题就是近炮口区脱壳穿甲弹飞行姿态显示与定量测量.本文简要介绍了最近研制、建成的IB-12中间弹道靶道;首次实现了近炮口区脱壳穿甲弹飞行姿态的定量测量;给出了弹托飞散全过程的图象处理结果以及在脱壳穿甲弹研究中的一些应用。

弹道靶道空间坐标测量误差的初步估计

根据弹道靶道自由飞行试验测定弹丸质心坐标的原理及方法，分析了产生测量误差的各影响因素，并根据静态试验及动态试验结果的统计数据，对质心坐标及姿态角的综合误差进行了估算。

弹道靶红外辐射测量

为深入认识再入物理现象 ,在弹道靶上做了模型头部和近尾流红外辐射测量。发射器为 1 4.5mm口径的二级轻气炮 ,模型为1 0mm的球 ,材料为聚碳酸酯和铝 ,模型发射速度 4～6km/s,使用红外InSb探测器测量波长 3～ 5 .4μm的红外辐射 ,靶室压力 5 .32kPa。实验中使用光电法测量模型速度 ,两站阴影照相进行模型姿态监测和速度核实。实验结果表明 :球模型的红外辐射强度强烈依赖于模型材料和模型飞行速度。对不同材料模型头部和尾流部辐射强度的定性比较说明由于低温材料烧蚀产物的存在 ,极大地增强了头部和近尾流区的辐射强度 。

200m自由飞弹道靶模型高精度视觉位姿测量技术

为精确测量弹道靶超高声速自由飞模型位姿变化参数以用于气动力参数辨识,中国空气动力研究与发展中心结合双目视觉定位技术和前光照相技术,在弹道靶上发展了超高声速自由飞模型的高精度视觉位姿测量技术。双目测量站沿模型飞行方向布置,试验前完成测量站单站标定、多站全局坐标关联等。模型进入测量站视场中心时,脉宽小于10ns的激光经扩束后照射表面带编码标记点的模型,同时双目测量站相机获得前光图像。试验后通过模型表面标记点识别解算,获得模型飞行过程的位姿参数。在解决靶室杂光滤除、前光光源出口光斑匀化、双目测量站全局关联、模型表面处理及标记点制作等技术的基础上,建立了200m自由飞弹道靶模型高精度视觉位姿测量系统。在200m自由飞弹道靶上开展了长165mm的20°锥模型的飞行试验,试验环境压力15kPa、速度2.7km/s,根据视觉位姿测量系统获得的锥模型在各测量站飞行位姿参数和激光器的出光时序,通过辨识获得锥模型的阻力系数和动导数等气动力参数,所得结果与AEDC G靶上的结果趋势基本一致。

弹道靶中球模型非平衡可见光辐射的测量

使用中国空气动力研究与发展中心（CARDC）再入物理弹道靶和双狭缝式辐射计测量了多个状态的高超声速无烧蚀钢球模型非平衡流场的可见光辐射强度，并对实验技术和方法进行了讨论和分析。测量波段中心波长位于可见光的绿光波段（517．8nm、519．8nm），半宽度为6．6nm。球模型飞行速度为4．8～5.7km／s，靶室压力1333～10666Pa。实验数据与文献和计算结果一致，并发现高靶压状态辐射强度峰值下降的拖尾现象，其原因尚待分析。

弹道靶开式微波谐振腔测量系统研究

介绍了开式微波谐振腔测量系统的工作原理及试验结果,获得了φ10mm钢球模型在6.65kPa干燥空气中以速度5.44km.s-1飞行时的尾迹电子密度测量结果,并且与国外弹道靶试验数据进行了比较。试验结果表明,该系统能够满足模型尾迹电子密度变化对测量系统响应时间的要求,能很好地反映尾迹电子密度变化细节,电子密度测量范围达到109～1011cm-3。

弹道靶道空间基准系统的设计原理

本文系统论述弹道靶道空间基准的设计原理及数学处理方法.对现有系统进行分类,最后重点研究发展了一种精度较高的采用双重田字网格的载体型的基准系统。

弹道靶道技术及其发展

综述了当代弹道实验技术的重要分支──弹道靶道技术的基本内容及工作原理，在弹道研究及兵器研制中的作用与地位。简要介绍了西方国家典型靶道的基本结构及设备，并分析了弹道技术的发展趋势。

高超声速弹道靶泰氟隆锥模型及弹托设计

模型及弹托设计是开展弹道靶试验研究的基础。对用于再入物理特性研究的泰氟隆锥模型,采用了钨、铝作芯体配重的鞘套结构,而弹托采用了四瓣不封底和八瓣全包覆两种结构并选用了聚碳酸酯和超韧尼龙两种材料。发射试验结果表明:用此方法设计的泰氟隆锥模型和选用超韧尼龙做成八瓣全包覆弹托能实现泰氟隆锥模型的超高速发射,模型的发射速度达到5.7km s,且模型与弹托分离满足再入物理试验研究的要求。

小型可调Re数弹道靶上的跨声速实验

本文介绍了一种可调 Re 数小型弹道靶设备;讨论了该设备实验中的一些问题.由此开展了两种尖头细长旋成体不同 Re 数下的跨声速实验,并给出了部分流场显示结果.

陨石音爆研究思路及弹道靶试验

音爆是小行星进入大气过程中的重要现象和造成地面危害的因素之一。陨石音爆的形成机理与超声速飞机类似,但陨石飞行马赫数极高,存在复杂的超高速空气动力学问题,如极高速进入条件下的气动力与轨迹、气动加热与烧蚀、高温气体效应等,现有理论和模型尚不完备。本文提出了一种仿真和试验结合的陨石音爆问题研究策略,并介绍了弹道靶陨石音爆试验方法和初步测量结果,数据显示在3.5km/s速度和地表常压环境下, 50mm长的球头柱裙模型在距其约22倍特征长度位置产生的峰值超压达到约35kPa。采用理想气体假设的简化计算仿真得到的音爆波形与试验测量结果相似,但峰值超压高于实测结果。

弹道靶道测量精度检测方法之探讨

该文分析了弹道靶道测量中的精度问题及通常使用的静态检测方法,并针对静态检测与靶道实测相差甚远的问题,提出了一种动态检测方法.该方法充分考虑到弹道靶道的测量对象是高速飞行体以及照片质量、气流附面层、发射时的恶劣环境和振动等因素对测量精度的影响,结合误差理论,给出了动态精度的计算公式,在已建成的IB-12中间弹道靶道中应用,效果良好.

IB－12中间弹道靶道正交光路设计

综述了弹道靶道测量技术所采用的各种正文光路，着重介绍我国自行研制的第一条中间弹道靶道所采用的菲涅尔透镜间接阴影系统的正交光路设计，以及采用该光路建成的ＩＢ－１２中间弹道靶道，在首次试验中获得的高速脱壳穿甲弹炮口区飞行姿态和脱壳全过程的照片．同时对该光路设计中存在的问题也做了分析。

IB－12中间弹道靶道空间坐标系的建立与高速飞行体空间坐标的计算

炮弹、火箭、导弹、航天飞行器等高速飞行体或其模型的自由飞行测量，都是利用弹道靶道完成的，弹道靶道测量技术中的重要内容之一，是空间坐标系的建立与高速飞行体空间坐标的计算。文中介绍了我国自行研制的第一条中间弹道靶道空间坐标系的建立与高速飞行体空间坐标的计算方法，并给出了计算公式。经实际使用表明，ＩＢ－１２中间弹道靶道空间坐标系建立的方法正确，测量精度高，为我国靶道测量技术提供了有益的经验。

CO_2中激波脱体距离的弹道靶实验测量和数值计算

在中国空气动力研究与发展中心超高速所超高速弹道靶进行了CO_2条件下圆球和火星着陆巡视器模型的激波脱体距离测量实验,为数值模拟提供验证依据。实验模型为10mm圆球和头部半径12.5mm的着陆巡视器模型。圆球模型的飞行速度为2.122～4.220km/s,靶室压力为2.42～12.30kPa;着陆巡视器模型的飞行速度为2.802km/s,对应靶室压力为1.836kPa。实验数据与采用双温度非平衡模型计算的结果进行了对比。得到以下结论:采用双温度非平衡模型能够较准确地再现模型头部激波脱体距离;根据计算结果推测绕模型流动主要为非平衡流动;需补充更高模型飞行速度(>5km/s)的实验数据,验证CO_2中更高流速状态下双温度非平衡模型的适用性与准确性,并进一步研究多温度模型和不同化学反应动力模型对CO_2下非平衡流数值计算准确性的影响。

自适应间断装配法模拟弹道靶中超高速弹丸发射

弹道靶自由飞试验是高超声速领域中的一种重要的地面试验手段。试验中厘米级的弹丸/弹托在10米级长度的管道中加速至极高的速度,出膛后通常采用气动力使弹托偏离预定弹道而被拦截器阻挡,仅使弹丸进入试验段开展测试。由于发射过程中弹丸的实际飞行姿态会受到管道内长距离加速、高压驱动下出膛、气动分离干扰等诸多因素的影响,因此基于计算流体力学发展相关的气动预测技术有助于指导试验方案设计,从而保证弹丸运动轨迹的准确性。针对发射问题中涉及的诸如空间尺度变化剧烈、接触-分离、超高速动态分离等数值仿真难点,采用基于非结构动网格技术和格心型有限体积方法发展的自适应间断装配求解器(ADFs),对非定常流场中的运动激波进行装配,通过二维算例对弹丸发射过程数值仿真进行了详细的原理性介绍。一方面,拓展了激波装配方法在工程问题中的应用;另一方面,针对弹道靶中超高速弹丸发射这类问题,建立了一套高效的数值模拟方法,实现了对弹丸从静止到加速、出膛、分离的全动态过程的精细流场刻画。

弹道靶道多位数字记号拍摄记录技术

用ＰＭＭＡ聚甲基丙稀酸甲脂为材料，设计加工制作了半圆形柱面反射棱镜系统，成功地应用在弹道靶道照相系统中的多位数字记号的拍摄记录，获得较为满意的效果。采用这种光学系统可将与照相底片成９０° 方位的多位数字记号一次拍摄记录下来，构思新颖、设计巧妙，与传统的光学系统相比，具有空间结构尺寸小、加工制作简单、装配调整方便和成本低廉等特点。