武器装备轻量化结构正向设计方法及应用

为满足武器装备轻量化的迫切需求,提升装备结构优化设计水平,提出了一种代理模型辅助多目标优化的结构正向设计方法。按照从概念设计到参数优化设计的流程,通过优化信息交互和代理模型重构来实现结构多目标优化设计。以轻型车载高炮弹箱架优化设计为例,首先,根据拓扑优化获得的最佳传力路径,建立几何模型和有限元分析模型。其次,通过灵敏度分析缩减设计变量,建立以一阶模态频率和结构强度为约束、最小化质量和最大化刚度为目标的优化模型。然后,使用差分进化算法求解基于Kriging模型的多目标优化问题;在优化过程中,通过比较中间优化结果调整优化模型,并采用基于期望改进的填充样本策略重构代理模型。最后,兼顾结构轻量化和安全,筛选44组优化解中的3组优势方案与初始设计进行比较,结果显示:在满足弹箱架结构性能的前提下,重量分别可减轻31.2%、24.7%和21.8%;所提结构正向设计方法能够明显提升轻量化效果,也可为相关结构优化设计提供参考。

自行高炮稳定跟踪系统建模与谐振抑制方法

未来战场的高机动作战环境对自行高炮稳定跟踪系统提出了更高的性能要求,根据自行高炮稳定跟踪系统的机械结构特点,应用动量矩定理及矢量求导,基于牛顿-欧拉方法建立描述伺服电机配以减速机驱动方位炮塔和俯仰身管的多刚体动力学模型。通过对动力学模型的进一步分解,得到方位俯仰姿态角与输入力矩的关系式。综合考虑传动机构的刚度和控制对象的变惯量特性,建立载体运动姿态耦合条件下具有复杂动载荷力矩干扰的双轴稳定跟踪系统控制模型。针对结构谐振设计一种基于极点配置法和变增益加速度反馈的自整定PI控制方法与基于观测等效惯量的自整定陷波器,采用大地坐标系下的等效闭环干扰速率补偿式稳定控制策略,对该控制方法进行仿真验证。仿真结果表明:在传动机构存在连接弹性的条件下,所给出的控制方法实现了稳定误差不大于2.2×10^(-2) mrad、正弦稳定跟踪误差不大于3.5×10^(-2) mrad,具有良好的控制精度和抗扰动性能;在保证系统拥有较快响应速度的同时,有效抑制了伺服电机变速和稳态过程中的机械谐振,显著降低了负载力矩振荡和负载有效转矩值。

某枪械的连发改进仿真

为研究在某型18.4 mm功能多防暴枪结构的基础上将半自动发射方式改为全自动发射的可行性,结合3维作图软件和仿真软件建立其动力学仿真模型。通过单发射击仿真结果和试验结果对比验证模型的有效性,并在此基础上进行连发射击仿真,对该型半自动防暴枪连发功能改进后的自动循环、抛壳、供弹等工况进行仿真分析。结果表明:防暴枪现有自动循环、供弹、抛壳等结构满足连发射击的要求,仅需对其发射机部分进行细微改动即可实现全自动射击。

一次高炮防雹的相控阵双偏振雷达观测特征

选取2021年6月28日山西省临汾市隰县一次高炮防雹作业过程,利用隰县X波段相控阵双偏振雷达数据分析作业前后强对流云变化的现象和机理。高炮防雹作业后冰雹云单体的宏观特征、动力和微物理的垂直结构均出现短时间明显变化。高炮防雹作业后1 min 55 dBZ顶高急剧下降约2 km至0℃层以下,水平反射率因子ZH的强回波垂直结构在0℃层断裂,径向速度散度显示单体前部和后部的辐合带减弱、消失,差分反射率ZDR在近地面增大,ZDR柱消失,差分相移率KDP在中低层增大,共极化相关系数ρ_(hv)从0℃层到近地面表现为0.94~0.96的柱状区,单体核心上部的过冷水小范围中心消失,0℃层以下由雨夹雹、霰、湿雪及各种雨的混合柱状分布转为低层大雨。这些短时间的明显变化现象支持爆炸防雹理论。

Deposition of SiO_x on Metal Surface with a DBD Plasma Gun at Atmospheric Pressure for Corrosion Prevention

In this study, SiOx films were deposited by a dielectric barrier discharge （DBD） plasma gun at an atmospheric pressure. The relationship of the film structures with plasma powers was investigated by Fourier transform infrared spectroscopy （FTIR）, and scanning electron microscope （SEM）. It was shown that an uniform and cross-linking structure film was formed by the DBD gun. As an application, the SiOx films were deposited on a carbon steel surface for the anti-corrosion purpose. The experiment was carried out in a 0.1 M NaCl solution. It was found that a very good anti-corrosive property was obtained, i.e., the corrosion rate was decreased c.a. 15 times in 5% NaCl solution compared to the non-SiOx coated steel, as detected by the potentiodynamic polarization measurement.

便携式无坐力炮作战效能综合评定

为了综合评定便携式无坐力炮在典型作战场景下对典型目标的作战效能,基于典型作战任务剖面和装备战术技术性能参数,建立了便携式无坐力炮多用途弹和杀伤弹的作战效能模型和兵组生存的概率模型;计算了便携式无坐力炮2种弹种在典型作战场景对典型目标的作战效能,确定了兵组完成典型作战任务的最佳携弹量、毁伤目标数、生存概率等作战使用数据。结果表明,2~3发多用途弹可较好地打击600 m内火力点或步兵战车,并且兵组生存效率为0.83;当400 m范围有2个作战目标时,兵组需要射击5发多用途弹。2发杀伤弹对600~1 100 m范围内单个有生力量的毁伤效率为0.7;5发杀伤弹可对1 500 m范围内2个有生力量实现有效毁伤。

基于改进型前馈控制的轻型高炮随动控制策略研究

针对轻型高炮连续射击过程中车体姿态快速变化造成的随动控制精度降低的问题,提出一种基于改进型前馈控制的轻型高炮随动系统控制策略。该策略基于传统的火炮前馈控制模型,利用ARMA模型对前馈补偿量进行预测,提前给定随动位置指令,加快响应速度,补偿由于时滞和车体姿态快速变化等因素造成的前馈控制效果不足,提高控制精度。仿真和试验结果表明,在不增加传感器的前提下,基于改进型前馈控制的火炮随动系统控制策略能够实现随动控制的快速稳定补偿,满足轻型高炮连发射击的精度要求。

TP170P大口径高钢级射孔枪管开发

随着油层套管的口径越来越大,下井深度越来越深,对大口径射孔枪管的强韧性要求也越高,为保证射孔作业安全并提高射孔枪管抗外挤能力,必须提高枪管强度并匹配较高的冲击韧性。天津钢管制造有限公司开发了TP170P,Φ244.48 mm×11.99 mm大口径高强度射孔枪管,热处理后屈服强度≥1 200 MPa,0℃夏比冲击功纵向达到110 J、横向在85 J左右。同时具备良好的高温拉伸性能和优良的低温冲击韧性。在300℃高温条件下屈服强度仍然达到1 056 MPa,低温冲击韧脆转变温度小于-40℃,可以保证枪管在高温超深井服役,并在寒冷地区具有低温韧性,扩大了产品的使用范围。同时,具有良好的抗硫化氢应力腐蚀能力、抗氢致开裂能力及轧制热变形能力。

蜂窝钢管混凝土抗侵彻性能实验研究

为了研究蜂窝钢管混凝土的抗侵彻性能,采用125 mm口径滑膛炮开展了蜂窝钢管混凝土靶侵彻实验共6发,获得了不同工况时靶板破坏形态及侵深数据,分析了蜂窝钢管混凝土的典型破坏形式,对比了不同弹靶尺寸因数时靶板破坏形式的区别以及着靶点和钢管壁厚对蜂窝钢管混凝土抗侵彻能力的影响。同时,对7组不同壁厚的六边形钢管混凝土和3组六边形无钢管混凝土柱进行了单轴压缩实验,研究了不同壁厚时六边形钢管对核心混凝土强度及延性的增强效应,拟合了核心混凝土强度增强因数同围箍因数的关系,并改进普通混凝土侵深的经验公式,得到了适用于蜂窝钢管混凝土的最大侵深计算公式。结果表明:钢管壁厚是影响侵深的重要因素,壁厚越大,侵深越小;着靶点位置对侵深的影响较复杂,具有离散性;着靶点位置对靶体表面破坏形式影响较大;钢管可以有效增加核心混凝土的强度和延性;改进后的侵深计算公式可以预测弹体对蜂窝钢管混凝土靶的最大侵深。

小口径防空高炮弹药发展趋势分析

从空袭目标和作战模式的演变、新型空袭目标的特点、国内外同类弹药研究现状等方面进行分析,提出小口径防空高炮弹药将朝着穿甲弹高效复合毁伤、大穿深能力、弹药“临近式”打击能力、破片战斗部高效毁伤能力、精打能力、高安全性、电磁炮弹药、埋头弹新概念弹药等方向发展,同时对发展中的一些技术关键点进行了分析,为小口径防空高炮弹药论证研究提供了依据,助力信息化作战环境下构建高效小口径防空弹药体系,提升防空高炮作战效能。

基于高斯模型和RMSD-DS的火炮反后坐装置故障诊断方法

针对变工况作战环境下火炮反后坐装置状态信号的模糊性和高冲突性等特点所导致的故障诊断可信性不高的问题,提出一种基于高斯模型和均方根偏移(RMSD)-Dempster-Shafer(DS)故障诊断方法,实现信号的模糊化定量表征以及高度冲突证据融合的高可信性诊断。采用高斯模型求解火炮反后坐装置的多个故障特性信号所对应证据的基本概率分配,实现对信号模糊性的定量表征处理;通过构造RMSD-DS冲突系数求解证据间相似度,依据相似度定义各证据重要度,实现每个证据在融合过程中重要程度的定量描述;提出依靠证据重要度的权重求解及证据融合方法,实现高度冲突证据的可靠融合。仿真试验数据应用表明,所提方法相较于其他代表性方法具有更高的准确性和鲁棒性。

螺旋焊管内防腐涂覆设备的设计

为提高焊管内防腐作业过程中涂塑粉末附着率,降低粉尘飞溅,设计一种螺旋焊管内防腐涂覆设备。该设备由轨道传动系统、撒涂枪等部分组成,对涂塑原料供给量及涂覆位置的控制更为精准。现场使用效果表明,该设备能够实现不同直径焊管的内防腐涂覆,管径范围为Φ219~Φ3220mm,并且可同时涂覆多根焊管。撒涂枪移动速度与涂塑原料供给速度相匹配便可实现涂塑原料的均匀涂覆,涂层壁厚差小于0.2 mm,防腐焊管人眼外观平整度不合格率小于1%,设备能够满足生产需求。

675装甲钢遮弹层抗缩比巡航导弹侵彻研究

为研究675装甲钢遮弹层的防护能力和抗巡航导弹侵彻性能,分析侵彻过程中弹靶作用机理以及装甲钢力学行为,设计了缩比巡航导弹侵彻675装甲钢的实验及相应的数值模拟。结果表明:675装甲钢硬度很高,侵彻基本保持在开坑阶段,弹坑面积小,靶板整体变形并不显著;侵彻过程中弹丸由弹头与弹身交接处断裂,因弹头侵蚀和弹丸断裂损失的能量较大,致使靶板变形小,靶板变形主要发生在弹丸断裂前;随着侵彻速度由350 m/s增至600 m/s,靶板弹坑深度和背突高度随速度线性增加;弹坑直径由1.1倍弹丸外径增至1.5倍弹丸外径,弹丸因质量侵蚀损失的能量由总能量的42.4%增加至68.6%;弹丸加速度在靶板磨损弹头部一半,弹头与弹身交接处发生塑性变形时达到最大。

一次高炮防雹动力效应的相控阵雷达观测分析

2021年7月8日山西省临汾市隰县组织了一次高炮防雹试验。利用隰县的相控阵雷达资料,对炮击强对流云后的动力效应进行分析。通过组合反射率对过程进行分析,可以看到本次作业的时机和部位是符合试验设计的,即:爆炸是在自然云发展期,炸点位于强回波柱上端。通过作业信息和弹道曲线估算试验中炮弹炸点位置,经过雷达、炮点、炸点的时空一致性转换后,对作业前后炸点邻域雷达参量变化进行分析。结果显示:作业前3~0 min,强回波柱处于发展增强中,在预定炸点附近未见多普勒谱宽区;作业后,在炸点正下端,强回波柱迅速衰弱、分裂、下沉,并在炸点区邻域呈现出多普勒谱宽明显的加宽且维持了2~3 min,最终导致强回波整体衰落,未见再度强化。这样的演化情景显示出一个效应链:强回波柱由盛转衰是在爆炸后的炸点开始的,爆炸激起的动力扰动蜕变为次级流,展宽了多普勒谱宽,不均匀的动力扰动场诱发的雷诺应力抑制了对流流场,使对流云整体衰落了。另外,从不同强度回波顶高和回波样本数的统计可以看到,爆炸后强回波顶高迅速降低而相应的像素点数迅速减少;弱回波像素点的数值随强回波减少而增多,最后所有强度的回波像素点的数值皆随时间减小。

基于外弹道方程推导的坦克高射机枪校正距离探析

针对坦克高射机枪在500 m距离校正后,对一些空中目标射击时射程较近而不能发挥最大威力这一问题,利用真空中外弹道方程式,推导出高射机枪对空中目标射击时射击斜距离与枪目高低角之间的变化关系,得到高射机枪在500 m距离上校正后在不同枪目高低角下射击时的斜距离,并以此分析高射机枪在500 m距离上校正后对空射击时的不足,提出一般情况下采取700 m距离校正及当主要射击敌直升机时采取800 m距离校正的观点。实弹射击结果表明:该校正距离能明显提高坦克高射机枪对空射击命中概率,充分发挥其对空射击效能。

炮口振动与立靶散布特性试验研究

针对某高炮武器立靶散布中心明显发生侧偏现象,采用问题再现、原因分析、措施提出和效果验证等过程的试验研究方法,通过射击试验,测试炮箱浮动位移确定弹丸出炮口时间,用位移传感器得到炮口振动位移响应曲线,采用图像式立靶密集度测试系统得到立靶散布坐标,对炮口振动位移曲线进行频谱分析得到炮口振动固有频率,研究炮口位移响应影响立靶散布的规律。结果表明,由于火炮结构固有特性与射频不匹配,引起炮口共振,使得弹丸出炮口时刻出现在炮口振动位移最大位置,形成立靶散布中心侧偏现象。通过加强结构刚度,消除了炮口共振现象,立靶散布中心侧偏现象基本消失。

雷达在确定火箭高炮发射角中的应用

通过对作业云体的回波强度、温度、含水量等物理量的观测，可定性定量的给出人工催化的云体部位，并可通过雷达、火箭、高炮、云体作业点三点组成的三角形直接计算出地面火力点的作业方位角，同时根据雷达测定的云的作业部位高度和火箭、高炮本身的弹道轨迹，给出地面火力点的发射仰角。在人工影响天气作业中可减少靠目测指挥作业的盲目性。

弹炮结合防空武器系统火力分配模型

火力分配是弹炮结合武器系统射击指挥中的重要环节。论文针对弹炮结合武器系统中防空导弹分系统和高炮分系统战术技术性能与作战特点,在具体分析火力分配考虑的主要因素——防空导弹分系统和高炮分系统的杀伤区与毁伤概率的基础上,确立了相应的火力优化分配原则,构建了实用的临近航路和过航点处火力分配模型,通过仿真表明该模型实时性好,能满足实际应用需要,对进一步研究提供了有益的参考。

高炮发射动力学仿真技术研究

本文以概要方式介绍了高炮发射全过程的动力学仿真技术。论述了以计算机数字仿真技术为手段 ,通过建立以振动理论为基础的高炮的空间动力学模型 ,用内弹道理论和自动机理论分析得到高炮射击时的载荷 ,计算火炮模型在射击载荷下的动态响应 ,然后以炮口振动确定弹丸的初始扰动 ,再以外弹道理论预测射击精度。通过计算机仿真高炮从点燃底火 ,经弹丸在膛内运动、自动机运动、火炮振动到弹丸飞离炮口 ,到撞击预定目标的发射全过程 ,分析影响高炮射击精度的主要因素 ,为高炮设计研究人员在计算机上分析高炮的主要性能、确定或修改设计方案 ,以及为高炮总体方案设计、结构优化设计提供技术基础和工具。

基于JACK的某自行高炮乘员舱人机工效评估

运用JACK软件的工效评估功能,创建了P5、P50、P95我国成年男性人体模型,将某自行高炮乘员舱UG优化模型导入到JACK中,对舱内乘员座椅、操控台、方向机、高低机、车长镜和行军固定器进行了工效评估。通过评估,指出了原设计中的一些不合理之处,提出了改进措施,解决了自行高炮乘员舱缺乏可靠的人机工效评估的问题。