Monte Carlo simulation of stage separation dynamics of a multistage launch vehicle

This paper provides the formulation used for studing the cold and hot separating stages of a multistage launch vehicle. Monte Carlo simulation is employed to account for the off nominal design parameters of the bodies undergoing separation to evaluate the risk of failure for the separation event. All disturbances, effect of dynamic unbalance, residual thrust, separation disturbance caused by the separation mechanism and misalignment in cold and hot separation are analyzed to find out nonoccurrence of collision between the separation bodies. The results indicate that the current design satisfies the separation requirements.

轴向冷气弹射系统建模及仿真分析

根据轴向冷发射需求,同时避免发射过程对发射平台内部空间的污染,设计了一种以高压氮气为弹射能源的轴向底推式冷弹发射装置。介绍了轴向冷弹发射系统的结构组成、工作原理以及设计要点,并运用理想气体状态方程、质量和能量守恒定律、气体动力学等设计理论与方法,建立了轴向底推式冷气弹射系统的高压室、低压室、阀口气体流动以及导弹运动的数学模型。为提高导弹发射时的分离速度,同时降低发射过载峰值,以建立的数学模型为基础,基于内弹道结构参数,采用VB语言编程,通过仿真计算和分析,研究了气瓶初始压强、气瓶容积、低压室初始容积、电磁阀通径、无阻尼自然频率、阻尼比及活塞(托盘)直径等弹射系统的主要结构参数对产品的分离速度和发射过载的影响,找出了各个结构参数变化对导弹分离参数的影响规律,并对影响规律的机理进行了分析。该研究为弹射系统结构参数的优化提供了理论依据,为同类型轴向冷弹发射装置内弹道设计提供了理论参考和依据。

无杆式气缸弹射装置内弹道仿真与优化设计

提出一种新型无杆式气缸导弹弹射装置,可实现小尺寸、长行程、低过载发射。引入真实气体状态方程—RK状态方程,推导真实气体条件下比热力学能、比焓等热力学参数表达式,建立考虑真实气体效应的无杆式气缸弹射装置内弹道模型,获得了导弹弹射过程中热力学参数与导弹运动参数的变化规律。计算结果表明:与"单电磁阀"供气方案相比,采用优化后的"主副电磁阀"供气方案,在弹射结束时,气体质量流量增大52.9%,低压室压强提高14.3%,导弹过载系数提高了41.3%;在最大过载和有效推弹行程不变的条件下,导弹的离轨速度提高15.8%。

冷弹射系统动力学响应与油气悬架优化设计

为了提高全轮支撑冷发射时导弹的出筒精度,基于4轴连通式油气悬架导弹发射车,推导出4轴连通油气悬架数学模型并验证了AMESim仿真模型的正确性;建立了基于ADAMS/Simulink/AMESim的联合仿真模型,以发射筒筒口纵向位移均方根值为优化目标,以油气悬架系统的蓄能器容积、初始充气压力和阻尼孔直径为设计变量,选择车体倾斜0°,起竖角为90°这一工况,应用遗传算法进行优化设计。结果表明:优化后筒口纵向位移均方根值降低了61.1%,提高了导弹出筒精度;发射车的俯仰姿态角位移和各轴载荷分配得到较好的改善,发射系统的稳定性得到提高。基于遗传算法的联合仿真方法可同时提高导弹的出筒精度和发射系统的稳定性,并为解决工程实际问题提供参考。

两级提拉式单侧弹射装置内弹道建模与优化

为延长导弹压缩空气弹射的有效推力行程,提出一种新型两级提拉式单侧冷弹射方案。采用Peng-Robinson真实气体方程,建立了弹射内弹道模型;在Simulink中搭建内弹道求解模块、在ADAMS中建立了冷弹射方案的虚拟样机,以气缸输出力、气缸位移和速度为状态变量,实现联合仿真,获得了内弹道参量的变化规律,并基于小型原理样机试验对仿真结果进行了验证。验证结果表明:第1级低压室压强先升后降;气缸换级过程中,低压室温度、压强与导弹加速度发生突变,但对导弹速度、位移影响较小。以气源容积最小为目标函数,选定约束条件和设计变量,应用遗传算法进行优化设计。优化后的气源容积降低了64.5%,优化结果大大提高了发射装置的机动性。研究结果验证了新型两级提拉式单侧冷弹射方案的可行性。

某型导弹冷发射装备场坪适应性研究

为研究某型导弹冷发射装备的场坪适应性,找到影响发射装备场坪适应性的影响因素和评价指标,推导出场坪垂向刚度和风载荷两个重要影响因素的计算方法,确定影响因素取值范围。基于此,采用优化拉丁超立方试验设计方法生成试验样本点。利用有限元数值模型对发射装备的动力响应进行大子样仿真分析,获得样本点空间内导弹出筒时的角位移和角速度,并选择径向基神经网络法建立导弹出筒姿态近似模型,分析导弹出筒姿态敏感度。在敏感度分析的基础上,给出考虑多个因子共同作用下的场坪适应性综合判据,为发射装备的场坪适应性评估提供参考。通过分析可知,当风速不大于2.5 m/s,路面纵坡不大于1.2°时,该发射装备在4级沥青路面即可满足该型导弹发射要求,说明其具有良好的场坪适应性。

车载冷发射刚柔耦合动力学建模与仿真

为了分析大跨度柔性车架和起竖托架对车载冷发射系统动态响应的影响,满足快速化和精确化仿真的需要,针对车载冷发射系统典型结构和弹射物理过程,基于笛卡尔坐标方法描述体的运动,以适应发射车约束复杂的特点。采用浮动坐标系方法描述柔性体的变形,通过模态综合法缩减系统的自由度数,并提出采用赫兹接触模型模拟弹重的释放过程,最终建立了车载冷发射系统刚柔耦合动力学快速仿真模型。分别基于弹射模拟试验系统和实装系统对仿真模型进行了试验验证和仿真验证,并进行了车载冷发射刚柔耦合动力学响应分析。结果表明:提出的刚柔耦合仿真模型能够快速有效地分析车载冷发射弹射过程的动态响应特性,满足工程设计的需要;柔性车架模型比刚性车架模型更合理,而且弹射过程发射管口x向相图的奇异点为稳定焦点,说明车载冷发射系统能够恢复到稳定平衡状态。

车载冷发射系统多刚体动力学快速仿真研究

为了满足发射动力学快速分析的需要,采用多刚体动力学的绝对坐标方法以适应发射车约束复杂和变拓扑结构的特点,针对车载冷发射系统的典型结构和弹射物理过程,建立并应用了9自由度快速仿真模型。与ADAMS和ABAQUS仿真对比表明,本文计算的车架后支腿载荷偏差不超过4%,而仿真时间只有ADAMS的7.1%和ABAQUS的0.004%,能够快速有效地分析系统的动态特性。通过实例研究了发射管底座-车架支腿载荷比的动态特性和附加载荷分配因子对该载荷比均值及发射管口最大位移的影响。结果表明,发射管底座-车架支腿载荷比在发射过程中逐渐增大并达到稳定值,附加载荷分配因子决定了发射管内弹道压力载荷通过发射管底座和发射车支腿分散传递到地面的载荷分配比例,并且存在最佳附加载荷分配因子,能使弹体的弹射起动过程对系统的扰动影响最小。

风载荷作用下井基导弹冷发射动力学仿真

为论证井基冷发射系统在恶劣环境下执行发射任务的可靠性,基于动力学原理和有限元分析软件ABAQUS建立冷发射系统仿真模型,提出一种适用于工程的模拟风载荷作用方法,以导弹的偏移、偏航和适配器受力为技术指标,分析各级风力对冷发射系统的影响。研究结果表明,在导弹出筒过程中风载荷会使其顺风向偏移,但不会偏航过大,合理布置适配器可以为导弹提供有效的支撑和导向作用。该研究可对设计井下冷发射系统和确定导弹出筒姿态提供技术支撑。

实现74cm铯冷原子喷泉的实验和讨论

中国计量科学研究院NIM4 #激光冷却 铯原子喷泉钟实现了原子云 74cm喷泉 ,得到S N约 2 0 0的荧光飞行时间信号。文中介绍了对NIM4 #钟与上抛 回落 信号探测相关的改进 ,列举了喷泉参数 。

冷发射方式下导弹出水姿态预测

冷发射方式下导弹出水姿态在各种因素的作用下运动规律难以描述。通过神经网络建模及算法训练,从神经网络结构、学习算法具体步骤及仿真计算流程三个方面进行了详细阐述,建立了这一问题的解决方案。仿真验证表明,这一模型预测的数据准确性高,而且计算方便。其在水中段的弹道计算、潜艇操纵及发射条件制定等方面具有较高的应用价值。

基于EHA蓄能的高效冷弹发射实验系统研制

"全电""多电"飞机是世界各航空大国研究的前沿和热点。基于"全电""多电"飞机的发展理念,以电液作动器(EHA)作动装置为核心构建了导弹弹射发射技术原理演示系统,既能为相关专业本科生、研究生提供实验教学平台,又能为新型弹射发射装置设计提供技术验证平台。

多次模拟弹射载荷作用下水泥混凝土路面动态响应

道路结构作为承载基础,与发射装备构成了动力耦合系统,冲击载荷作用下路面的响应特性将直接影响到导弹发射安全性。为研究多次弹射载荷下水泥混凝土道路结构的动态响应,以压缩空气为动力源搭建模拟弹射载荷生成装置,在三维试槽中铺筑水泥混凝土路面,面层中铺设应变传感器,土基中埋设土压力传感器,通过多次冲击加载试验获取模拟弹射载荷作用下土基压应力和面层应变变化规律,分析土基内压应力与深度及载荷作用面中心点距离间的关系,得到多次模拟弹射载荷下面层破坏形式及破坏机理。研究结果表明:冲击压力与土基峰值压应力呈线性关系;距离载荷中心点3300 mm处,不同模拟弹射载荷下各深度处的土基压应力峰值已经非常小,模拟弹射载荷的径向影响范围为3300 mm以内;模拟弹射载荷较小时面层为弹性变形,模拟弹射载荷增加到0.77 MPa时混凝土面层产生辐射状贯穿裂缝;弹射载荷作用下路面出现整体沉降。

发射动力系统内弹道优化设计计算

建立了燃气-蒸汽发射动力系统内弹道优化设计的基本关系式,并对某型导弹的弹射内弹道进行了设计计算。计算结果与试验结果相吻合,对弹射内弹道的工程设计具有一定的参考价值。

垂直发射低空超低空防空导弹杀伤区近界研究

以低空超低空防空导弹为研究对象,分析了影响其杀伤区近界的主要因素,并针对其采取垂直冷发射的特殊发射方式,应用快速姿态调转的方法,保证了导弹由姿态调转段到制导段的动态误差小。提出了有效的控制方式,进行了大量的典型弹道的数学仿真,从结果来看,这种设计可以将低空超低空防空导弹的杀伤区近界压至接近最小。

基于正交试验设计的导弹落点散布仿真分析

舰载导弹垂直弹射升空后如果未能正常点火则对作战中的舰艇安全造成严重威胁,考虑舰艇的行进速度和摇摆运动对舰载导弹离轨参数的影响,首先对舰载导弹空中未点火运动进行了动力学建模,然后通过应用正交实验设计方法,摸清试验参数对导弹运动的影响情况,确定出参数影响的主次顺序,为工程上解决空中未点火导弹砸舰问题提供了可靠的依据。

战术导弹垂直发射系统的现状及发展趋势

介绍了垂直发射装置通用化、箱式化和模块化的总体特征。详细论述了国外现役 8种类型的垂直发射系统 ,根据基本结构特点将垂直发射装置分为模块式结构、独立布置的分离式结构和旋转式结构 ,另依据发射动力将垂直发射装置分为热发射和冷发射。以热发射的同心筒式结构和冷发射采用的大倾角、模块化设计为例 。

冷氦增压系统的研制

冷氦增压在我国是首次研制，并成功地应用于长征三号甲型号。冷氦增压是长征三号甲研制中的关键技术之一。介绍了冷氦增压系统方案、冷氦增压方案的优点、箭上冷氦增压系统几个部件的主要设计技术要求、冷氦增压系统地面设备及主要技术要求、箭上冷氦增压系统安全措施、冷氦增压系统的试验及主要结果、冷氦增压计算、长征三号甲火箭冷氦增压试验结果以及国外冷氦增压技术等。

小型固体运载器一、二级分离动力学与仿真研究

某低成本小型固体运载器采用侧喷流和栅格舵联合进行姿态控制。针对该布局,设计引入闭环姿态控制的一、二级级间冷分离方案。在描述级间分离过程的基础上,建立了分离运动学与动力学模型,解锁与分离冲量装置模型,气动力模型以及分离姿态控制律模型,讨论了碰撞判断条件,通过Monte Carlo仿真验证了参数不确定条件下分离姿态控制律设计对于避免碰撞和减小上面级初始姿态偏差的有效性。结果表明所设计的分离方案在充分发挥冷分离优势的同时能够弥补由冷分离时间长引起的上面级初始姿态偏差,能够有效避免级间碰撞。为该运载器的级间分离方案提供了一种可能的选择。

舰载导弹垂直冷发射系统哑弹砸舰问题研究

舰载导弹垂直冷发射技术广泛应用于多国海军舰艇武器系统,空中不点火导弹（＂哑弹＂）对载舰的危害是舰艇安全中必须要考虑的因素。考虑＂哑弹＂运动的主要影响因素为导弹出筒速度、出筒倾角和风速,据此建立典型舰载导弹垂直冷发射过程的＂哑弹＂弹道数学模型,计算在不同风速和风向、导弹不同出筒速度和载舰不同横摇角度情况下＂哑弹＂的运动轨迹,分析计算＂哑弹＂在各种因素及其组合作用下落到载舰上的概率。