有限视场下的攻击时间和角度多约束制导律

针对精确打击任务存在导引头视场受限这一过程约束的制导问题,提出了一种考虑视场限制以及攻击角度和时间多种约束的制导律.首先,在以比例导引项实现精确命中的基础上,利用最优控制理论,采用弹目距离加权控制能耗形式的指标函数,设计了攻击角度控制项,并推导了相应的剩余飞行时间解析预测表达式.其次,基于最优误差动力学方法,设计了攻击时间相关的控制项,保证了攻击时间误差的有限时间收敛.同时,针对导引头视场有限的问题,分析了各控制项对前置角收敛性的影响,利用特定的限制函数确保前置角在整个制导过程中始终处于有效视场内,并给出了前置角的有界性及收敛性证明.数学仿真结果验证了所提出制导律对多约束制导问题的有效性.

运行时间周期化工业机器人模型迭代寻优NURBS轨迹插补

为满足工业机器人高精度复杂曲线运动的需求,本文提出运行时间周期化工业机器人模型迭代寻优NURBS轨迹插补算法.首先,根据轨迹最大轮廓误差和机器人动力学特性对曲线分段.随后,提出优化回溯算法,使各子曲线段均可用S曲线加减速规划.之后,为保证机器人在进给速度极小值处不超速,将各加减速阶段运行时间调整为插补周期的整数倍,并对子曲线段衔接处速度平滑处理.最后,提出模型迭代寻优曲线插补,大大降低了速度波动率.仿真试验表明,该方法插补轨迹的各项指标均满足要求且最大速度波动率仅为0.000099%.真机试验也验证了该方法可有效减小轨迹误差.

橡胶紧塞垫闭气机构的有限元分析

以大口径火炮闭气炮闩结构设计中常用的橡胶紧塞具为对象,采用有限元网格重划分法计算结构的变形和应力,即先对结构施加较小载荷,在网格畸变前提取变形后外形进行网格重划分得到更规则的网格,再继续施加载荷计算,直到载荷施加完成.在ABAQUS软件平台上,通过编制变形提取和网格重划程序,在计算过程中多次提取变形后的结构进行网格重划分,有效地避免了网格畸变对计算结果的影响,得到了橡胶塑性紧塞垫结构在膛压作用下构件的应力和变形,结构变形的趋势和幅值符合试验结果,计算结果对结构的闭气性能分析具有重要参考.

基于有限元分析仿真的锂原电池结构优化方法

针对锂原电池在苛刻环境下工作可靠性提升的需求,提出基于有限元分析(ABAQUS)仿真的锂原电池结构优化方法。该优化方法通过ABAQUS仿真软件,对初步设计的结构进行仿真分析,找出设计的薄弱环节,再结合试验验证,对薄弱环节、关键部件结构优化设计以实现苛刻环境下的使用要求。仿真以及试验测试结果表明,设计出的锂原电池组体积Φ40 mm×30 mm,可实现军用苛刻环境下正常放电,验证了设计的有效性。

烟火剂爆燃光谱示温反演研究

如何在高温、高压、高辐射状态下准确测温一直是一个难题,为解决该难题,以辐射光谱测温技术为基础,实现对多元烟火剂爆燃过程的非接触温度测量,为进一步明确烟火剂的反应步骤与爆燃产物提供了基础参数。通过建立多元烟火剂与示温颗粒的辐射光谱测温模型,给出基于凝聚相小灰体颗粒的发射率计算方法,开展凝聚相颗粒辐射谱线获取实验并进行连续热辐射谱线的示温反演。为提高反演的准确性,提出了一种方法以降低在多元烟火剂爆燃时出现的离子峰展宽影响,该方法采用维恩变换分析光谱曲线,使用Bisquare算法和最小二乘算法的双平方加权拟合去除非热辐射谱线,开展热辐射温度的反演。发现了烟火剂爆燃二次升温规律,温度出现升温-降温-再升温-再降温的二次放热的现象。该研究为炸药一类物质爆燃的温度场温度变化检测提供了一种新的反演思路和方法。

Ⅰ型倍增层对异质SAM结构InSb-APD红外探测器性能的影响

红外探测器的光电特性会受到内部结构倍增层参数的影响,为了能够改善器件的雪崩效应,借助仿真软件Silvaco-TCAD,详细探讨了Ⅰ型倍增层的残余掺杂浓度和厚度对异质SAM结构InSb-APD红外探测器性能的影响。研究结果表明,随着Ⅰ型倍增层掺杂浓度的增加,其倍增层内的电场强度峰值增加,同时光响应度略微增加;随着Ⅰ型倍增层厚度的增加,其倍增层的光响应度与暗电流密度升高,同时电场强度峰值减少。进一步研究表明,当Ⅰ型倍增层残余掺杂浓度和厚度分别为1×10^(15)cm^(−3)和3μm时,有利于雪崩过程。

针对机动目标的三维领从协同制导律

针对多飞行器协同拦截机动目标的实际需求,提出一种三维领从时空协同制导律。在视线方向上,基于齐次度理论和固定时间稳定理论设计一种领从协同制导律,确保从飞行器与领飞行器的相对距离和相对速度在固定时间内趋于一致,并且给出一致性误差收敛时间的上界,实现多飞行器的同时刻拦截。在视线法向上为实现以特定的碰撞角度拦截目标,设计一种固定时间收敛的非奇异终端滑模制导律,实现攻击角度的固定时间收敛,并避免了制导指令奇异引起的控制饱和问题。考虑到目标的机动对制导系统产生的不利影响,引入固定时间扰动观测器对目标加速度进行前馈补偿。运用李雅普诺夫稳定性理论来证明系统的固定时间稳定特性。通过仿真实验验证所设计制导律可以有效控制多飞行器在领从框架下同时打击机动目标,并以期望的终端角度攻击目标。

基于改进A^(*)蚁群融合算法的路径规划研究

随着智能化技术的发展,无人车路径规划技术在未来无人战场上将发挥重要的作用。针对A^(*)算法易发生碰撞障碍物的问题,提出通过改进转弯机制进行避碰。针对路径较长和不够平滑的问题,提出一种改进A^(*)蚁群融合算法。仿真结果表明,使用改进A^(*)蚁群融合算法得到的路径长度和平滑度更优,简单地图中路径长度减少2.34%,总转弯角度减小5.62%;复杂地图中路径长度减少2.62%,总转弯角度减小26.3%。因此,该算法在保证无人车避障的基础上,有利于其快速完成相应任务。

基于对数型障碍Lyapunov函数的俯仰驾驶仪设计

相控阵雷达制导拦截弹在拦截高速大机动目标时,弹体气动参数剧烈非线性变化影响控制系统对大攻角的响应效果,应设计考虑攻角指令跟踪误差约束的鲁棒自动驾驶仪控制律。基于双幂次趋近律和对数型障碍李雅普诺夫函数设计了鲁棒非线性自动驾驶仪控制律,可将攻角指令的跟踪误差快速收敛于约束范围内。通过降阶扩张状态观测器对系统中存在的气动参数不确定性和系统外部扰动进行在线估计和补偿。稳定性分析和数值仿真表明,攻角可在1 s内达到稳态且攻角响应的稳态误差<10-4°,所提出的自动驾驶仪控制律具有较强的鲁棒性,能够准确稳定地跟踪攻角指令,控制导弹产生所需过载进而精准拦截目标。

拦截机动目标的固定时间事件触发协同制导律

针对无向通信拓扑结构下的多枚导弹考虑角度约束同时攻击机动目标的问题,提出一种事件触发控制下的固定时间收敛分布式多弹协同制导律.首先,建立导弹-目标相对运动学模型,在视线坐标系下解耦为沿视线和垂直视线两个方向.其次,在视线切向考虑时间约束,提出一种基于事件触发机制的固定时间收敛协同制导律,保证攻击时间的一致性;在视线法向上考虑空间角度约束,提出一种基于固定时间收敛理论的分布式空间协同制导律,使视线角和视线角速率快速收敛到期望值,以满足脱靶量和终端角度约束;同时,针对目标机动引起的系统扰动,采用固定时间收敛的观测器进行在线估计与补偿.利用Lyapunov理论,证明了所提出协同制导律的稳定性.最后,通过数学仿真,验证了所提出的协同制导律的有效性.

磁性金属有机骨架材料FeMPC的制备及其吸附性能研究

首先采用水热合成法制备金属有机骨架材料MIL-101(Fe),然后通过煅烧MIL-101(Fe)制备磁性金属有机骨架材料FeMPC,并用于吸附染料废水中的亚甲基蓝。使用扫描电镜、透射电镜、红外光谱等对制备的材料进行表征,考察FeMPC用量、振荡时间、pH等因素对吸附性能的影响。实验结果表明:当FeMPC用量为25 mg、振荡时间为70 min、溶液pH为8时,FeMPC对亚甲基蓝的吸附效果较好,吸附量为15.24 mg/g,吸附率为84.69%,材料重复使用次数不超过5次时能保持一定的吸附效果;FeMPC对亚甲基蓝的等温吸附符合Langmuir模型,吸附过程符合准二级动力学模型,属于化学吸附。

障碍物长度对两相爆震起爆特性影响的研究

为了探究障碍物长度对气液两相爆震起爆特性的影响,以汽油和富氧空气作为燃料和氧化剂,在使用不同长度障碍物的爆震管中进行了工作频率为20 Hz的无阀式多循环实验研究.研究结果表明,障碍物长度为管径4倍至8倍的孔板、Shchelkin螺旋、环形凹槽和螺旋凹槽均可实现爆震的起爆;增加障碍物长度可以缩短DDT距离和DDT时间;气液两相DDT过程中,火焰加速至产物声速左右,可能会马上起爆,也可能维持在产物声速左右继续传播一段距离后再起爆;在火焰达到产物声速左右的位置下游布置障碍物可以增加爆震马上起爆的概率.

粉末锻造Al_(2)O_(3)颗粒增强Fe–Ni–Mo–C–Cu复合材料的组织与性能

通过粉末锻造技术制备了不同含量微米级Al_(2)O_(3)颗粒强化的Fe–Ni–Mo–C–Cu(Q61)复合材料,并对调质态和淬火态复合材料的组织和性能进行了研究。结果表明:当Al_(2)O_(3)质量分数为0.15%时,增强颗粒在基体内分布均匀;相较于同种状态下不添加增强颗粒的单一Q61,调质态复合材料的硬度从HRC 38增至HRC 39.8,屈服强度从1106 MPa增至1121 MPa,延伸率从12%降至6.5%;淬火态复合材料的硬度从HRC 61.5增至HRC 63.2,磨损率从5.27×10^(-6)mm^(3)·m^(-1)·N^(-1)降至3.08×10^(-6)mm^(3)·m^(-1)·N^(-1),低于对比试验用的典型齿轮材料40Cr的磨损率(3.34×10^(-6)mm^(3)·m^(-1)·N^(-1))。当Al_(2)O_(3)质量分数大于0.15%时,Al_(2)O_(3)颗粒逐渐偏聚,虽然调质态下复合材料屈服强度仍继续小幅增加,但塑性严重退化,且淬火态复合材料磨损率增加,耐磨性变差。综合来看,添加0.15%Al_(2)O_(3)颗粒强化Q61复合材料在调质态下具有较高的综合力学性能,而在淬火态下表现出良好的抗摩擦磨损能力。

考虑输入饱和的空间飞行器姿态神经鲁棒自适应滑模控制

针对空间飞行器姿态跟踪控制过程中出现的执行器饱和、模型不确定性和未知外部扰动问题,提出了一种鲁棒自适应径向基函数神经网络(RBFNN)增强滑模控制方法。首先,基于四元数法建立空间飞行器姿态运动学和动力学模型,并针对未知外部扰动建立非线性扰动观测器。其次,为了解决执行器饱和问题,引入高斯误差函数对控制器幅值进行约束,并以PID滑模控制为框架,对控制器进行设计。在控制器设计过程中,利用新型切换函数将鲁棒自适应控制和RBFNN进行结合,对模型不确定性进行逼近,并利用梯度下降法解决RBFNN权值优化问题。随后,基于Lyapunov理论证明闭环系统的有界性,并分析了闭环系统的收敛域。最后,通过仿真分析验证了所设计控制器的有效性和鲁棒性。

高动态姿态测量圆锥误差补偿算法改进及实时性分析

弹丸圆锥运动会对制导系统产生严重的控制干扰,为了补偿该误差,分析了一种新的圆锥误差补偿算法,以提高弹载姿态控制系统在高动态运动环境下的解算精度和实时性。结合四元数四阶龙格-库塔法和三子样等效旋转矢量法,利用修正型罗德里格斯参数改进基于角增量输出的三子样四元数姿态算法,推导相应的微分方程表达式,建立三子样四元数改进算法姿态求解数学模型。仿真结果表明,与传统圆锥误差补偿算法相比,改进算法能更有效的补偿圆锥误差,平均解算精度提高了约17.32%,减少了高动态环境下的计算量,实时性提升了约22.54%。

热电池LiV_(3)O_(8)/NiF_(2)复合正极材料放电性能的研究

通过溶胶凝胶法合成了钒酸锂正极材料,并与不同比例的氟化镍共混,采用粉末压片工艺制备单体电池,确定了LiV_(3)O_(8)/NiF_(2)正极材料最佳比例。结果表明:单体电池以100 mA·cm^(-2)恒流放电时,9:1放电性能最优,正极中电解质和导电剂的最佳分数分别15%和15%。在起始放电电压为2.5654 V、截止电压为2 V时比容量为140 mA·h·g^(-1)。

锰源对合成尖晶石锰酸锂的影响及电化学性能分析

使用不同金属锰源(醋酸锰,硫酸锰,氯化锰)为原料,合成具有尖晶石结构的锂离子电池正极材料锰酸锂。首先采用共沉淀法合成锰酸锂前驱体,然后采用空气中热处理手段制备锰酸锂正极材料。通过X射线衍射、扫描电镜对合成材料的结构、形貌及组成进行分析,结果表明三种锰源制备的锰酸锂正极材料均具有尖晶石结构。采用电化学方法测试合成材料组装的锂离子电池充放电性能,结果显示氯化锰、醋酸锰及硫酸锰制备的锰酸锂正极材料分别具有108.9、104.4和95.5 mAh/g的放电比容量,表明使用氯化锰作为锰源制备的锰酸锂正极材料具有最佳的电化学放电性能,在经历50次充放电循环之后,锰酸锂正极材料仍然具有97.4%的容量。

FeS_(2)薄膜正极制备及性能

利用3D打印技术对FeS_(2)薄膜正极进行了制备,考察了测试时使用的不同电解质类型、放电测试温度以及正极厚度参数对单体电池放电特性的影响。实验结果表明,采用3D打印技术制备的薄膜正极具有较高的比容量和稳定性,测试薄膜正极使用三元LiCl-LiBr-LiF电解质隔膜的单体电池放电性能最好,初始电压达到2.19 V;截至1.5 V时,电池比容量达到688.5 mA·h·g^(-1)。

固体探空火箭迭代制导方法研究

固体探空火箭在实施某类载荷远程投递任务时,要求接近落点的精度在千米级,由于火箭一般在大气层内的主动段实施有效的制导控制,其制导时间短,气动影响无法忽视,实现落点精度控制难度很大。针对该问题提出了一种适用于固体探空火箭在大气层内的迭代制导方法,通过在线计算剩余视速度和视位置增量,对固体探空火箭落点进行迭代计算,形成制导控制指令。仅在主动段进行制导控制,对再入段进行气动补偿,使得固体火箭落点控制达到了较高的精度。数值仿真分析表明:该方法落点精度较传统的摄动制导方法提高了1个数量级,体现出该迭代制导方法的优越性。

聚能射流成型特征及侵彻效应分析

通过试验和非线性有限元计算研究了空气介质中不同条件下的聚能射流成型特征及对均质装甲钢的侵彻效应,进行了不同药型罩锥角的聚能战斗部静爆侵彻靶板的试验,分析了炸高、药型罩锥角和厚度、起爆方式等因素对射流成型和侵彻能力的影响,并通过线性最小二乘法拟合得到了炸高与侵彻深度的函数关系。结果表明:数值计算结果与试验结果具有良好的一致性;聚能射流侵彻靶板深度随着炸高先增加后减小,在射流颈缩断裂前呈线性关系;随着药型罩锥角的增加在最佳炸高下射流侵彻深度逐渐降低,锥角取50°~60°最佳;随着药型罩厚度增加,开孔直径增加,但侵彻深度减小;相较于中心起爆,环形起爆和面起爆形成的射流侵彻深度较大。