增材制造技术在兵器工业应用前景分析

目前,增材制造技术在复杂构件制造中的应用已经由研发阶段向工程化应用阶段迈进。本文分析了增材制造技术在国外国防工业的应用现状,并探讨了增材制造技术在兵器工业的应用前景,增材制造技术可用于产品创新设计和模具快速制造、复杂构件直接整体成形和零件快速修复等方面。另外,我国兵器工业可优先发展高温合金、铝合金材料及涡轮类、薄壁壳体类、光电器件等复杂构件的增材制造技术。

传承人民兵工精神 构建兵器特色军工文化体系

中国兵器工业集团第二○二研究所(以下简称二○二所)是新中国成立后首批规划建设的国防重点科研单位,首任所长是被誉为“中国的保尔·柯察金”--吴运铎。吴运铎“把一切献给党”人民兵工精神是党的红色基因库中的重要组成,是人民兵工生生不息、发展壮大的“根”和“魂”。“把一切献给党”是人民兵工忠诚于党、忠诚于革命事业的崇高信仰的真挚表达,也是人民兵工精神的内核。吴运铎同志作为“兵工事业开拓者”,他用忠诚奉献的一生践行了“把一切献给党”的铮铮誓言,他的自传体小说《把一切献给党》教育和影响着一代代兵工人,“把一切献给党”成为人民兵工精神的核心,也成为了吴运铎的代名词。

双反射与透射结合的激光引信扫描系统

针对激光引信周向扫描系统光束发散角大且存在扫描盲区的问题,设计了一种基于双反射与透射结合的激光引信扫描系统。阐述了系统结构尺寸的约束并通过光线追踪分别对系统扫描过程中光束发散角和扫描角度进行了仿真,并研究了超环面和六棱台镜面的面型参数调整与光束发散角、扫描角度之间的影响。仿真结果表明:通过控制光阑位置可以实现单窗口的扫描角度达61°,六窗口组合可实现无盲区扫描;通过调整反射面参数来矫正透射场曲可实现全扫描角度光束最大发散角为0.034°;扫描路线会出现波浪式起伏,需要进一步匹配收发视场实现远距离无盲区扫描。该系统为激光引信远距离周向探测提供了技术支撑。

高速旋转弹丸引信全链路环境信息测试方法

针对弹-引-机构弹道环境信息及响应传递规律不明确的问题,提出一种高速旋转弹丸引信全链路环境信息测试方法。在弹体头部和尾部分别安装测试系统,测量在弹丸发射和飞行过程中弹体、引信、引信机构形成的全链路弹道环境。炮射试验证明,膛内阶段弹体过载通过螺纹传递到引信体,过载峰值增大16.45%。在出炮口半约束期阶段引信径向过载比膛内过载分别增大8.1倍、2.8倍,引信机构过载以低频分量为主,含有少量频率为262.5 Hz的信号,周期约4 ms。

复杂地物背景角域后向散射分布特性研究

针对采用平均后向散射系数进行对地空炸毫米波引信回波仿真时,因照射区域内入射角度散布较大造成仿真精度不足的问题,对复杂地物背景后向散射特性测试的远场条件进行了讨论,修正了复杂地物背景毫米波近场测试远场条件表达式,提出一种针对引信对地探测的复杂地物背景角域后向散射分布建模方法,构建基于实测数据优化的土耕地、水泥地等背景角域后向散射场,分析其对引信探测响应回波的影响。仿真结果表明,接近垂直入射情况下与传统乌拉比模型比较一致性较好,接近水平入射情况下比乌拉比模型后向散射系数小2~4 dB。利用该引信回波算法提高了毫米波引信探测仿真精度,可为对地空炸毫米波引信探测器设计提供数据支撑。

引信用非制冷快响应长波红外敏感技术

为了解决引信近场探测对非制冷快响应长波红外敏感技术的需求,开展光子型材料在长波红外敏感技术方面的应用研究。采用熔体外延技术生长出的铟砷锑厚膜单晶通过工艺制备,形成一种可在非制冷条件下截止波长延伸到11μm的光子型红外探测器。通过对器件的性能测试及末敏弹扫描平台的应用表明,该器件在响应波段和响应时间两方面可有效提升红外引信的探测能力。

大数据技术在引信性能评估中的应用

针对弹药引信在实战环境下考核数据缺失,现有数据平台无法满足引信评估数据分析需求,直接影响其考核评估的充分性和完备性,提出大数据技术在引信性能评估中的应用。将大数据技术应用于引信实战化考核评估领域,建立引信性能评估大数据分析平台,对引信考核数据进行规范管理和统计模型构建,并采用智能算法,对获取的数据进行关联分析与模型验证,为未来数据的积累与价值挖掘提供先决条件,为引信性能评估试验检验系统的构建提供新的方向。

一种V波段涡旋电磁波反射阵天线

为了满足无线电近感探测需求,提出一种基于反射型超表面的V波段涡旋电磁波产生方法,设计了一款具有正馈结构的涡旋电磁波反射阵天线,馈源采用标准增益喇叭天线。提出的新型线极化超表面单元为双层结构,两层方形贴片分别印刷在两个介质板的上层,金属地板印刷在下层介质板的底层。仿真结果表明,在60 GHz频点得到的电场相位在正方形相位参考面上具有清晰的+1模态涡旋相位分布特征,且中心存在相位奇点。对实物样机的实验室测试结果表明,天线近场辐射波以及天线照射钢板后反射波的电场相位同样具有涡旋相位分布特征。

基于数字射频存储平台的调频毫米波引信自动测试系统

针对调频毫米波引信测试启动性能过程中利用传统推板、拉距和滑弹试验存在交会速度低、测试效率不高且偏差较大的问题,提出基于数字射频存储平台构建调频毫米波引信自动测试系统替代传统测试手段完成引信电性能测试。该系统运用数字射频存储技术、自动控制技术和专用控制软件,实现调频毫米波引信电性能的自动化测试。实验结果表明,该系统能够在模拟引信真实交会速度下测试引信电性能,提高调频毫米波引信测试效率,减少试验过程中外部环境影响,提升调频毫米波引信的可靠性和工艺稳定性。

大型舰船补给环境下引信意外跌落冲击响应特性

为了研究舰船在吊装补给转运中全包装引信弹药意外跌落的响应特性问题,通过ANSYS/LS-DYNA软件建立引信弹药包装箱动力学仿真模型,开展了典型跌落环境下引信冲击响应特性分析,获取了引信及安全与解除隔离装置在不同跌落环境下的响应特征规律。搭建了引信包装箱跌落测试环境,测定了典型跌落工况下引信过载数据,验证了引信包装箱动力学仿真模型的准确性。试验验证结果表明引信及包装箱在3 m、12 m水平跌落工况下,仿真与试验过载误差为14.4%、12.0%,脉宽误差分别为2.0%、9.4%。通过进一步仿真计算发现,大高度、垂直,跌落地面为921A舰船甲板的工况下引信安全与解除隔离装置过载峰值最大。不同跌落地面材料下的引信的跌落过载响应大小顺序为:舰船甲板材料921A钢>45号钢板>混凝土。引信的过载响应值随其跌落高度增加迅速增加。引信的安全与解除隔离装置过载响应值随其跌落角度增加先减后增。

基于改进势场法的多无人机避碰控制方法

针对多架无人机飞行过程中机间避碰及规避障碍物的问题,提出了基于改进势场法的多无人机避碰控制方法。该方法首先建立无人机机间避碰势场模型,在控制律中引入虚拟力和一致性控制策略,以解决松散队形约束的无人机机间避碰问题;然后采用基于旋转势场法的避障方法,设计了多机协同整体规避策略,利用基于虚拟力的路径跟踪策略来跟踪航线。仿真结果表明,所提方法能使多架无人机有效避碰和规避障碍物,并回到预规划航线上。

消除温度因素的微小型锂原电池结构优化设计方法

针对军用微小型锂原电池激光焊接密封方式造成锂原电池电性能下降的问题,提出消除温度因素的锂原电池结构优化设计方法。该优化方法通过常温下机械密封收口加涂胶的方式替代高温焊接,消除温度因素对于电解液的影响,利用“迷宫”式密封通道来保证电池密封性,实现了微小型锂原电池结构优化。测试结果表明,消除温度因素的微小型锂原电池在高过载、高旋转、宽温域条件下的电性能输出稳定,满足苛刻环境下使用要求。

三角波调频引信定距精度锁相优化方法

针对传统调频引信在不同环境温度下由于调频带宽和调频线性度变化影响定距精度的问题,提出采用锁相方法产生三角波调频信号提高引信定距精度。该方法基于具有快速波形产生功能的小数分频频率合成器,通过对反馈频率与参考频率进行鉴相、锁相,产生调制三角波,经滤波平滑后调谐VCO输出锁相三角波调频信号。试验结果表明,在不同环境温度下,锁相三角波调频引信调频带宽变化远小于传统三角波调频引信,调频线性度优于传统三角波调频引信,由调频带宽变化和调频非线性带来的定距精度误差可以忽略不计,锁相调频可以降低引信定距误差。

半穿甲弹引信自适应起爆方法

针对半穿甲弹引信采用固定延时起爆方式,炸点位置难以适应不同厚度目标,导致毁伤效果不佳的问题,提出一种半穿甲弹引信自适应起爆方法。该方法设计了一种用于引信自适应起爆的介质厚度识别开关,利用开关对不同厚度钢筋混凝土的闭合响应时间不同来区分目标厚度,结合控制起爆电路实现不同厚度目标自适应起爆。试验和仿真结果表明,该方法设计的介质厚度识别开关对于0.3~1.0 m的钢筋混凝土目标能够进行自适应起爆,炸点精度相比固定延时起爆方法有大幅提高。

多点同步起爆对传爆序列起爆增强效应

战斗部不敏感主装药的使用与不敏感炸药在传爆序列中的应用对不敏感弹药引信传爆序列的起爆能力提出了更高的要求。基于多点同步起爆增强机理,采用理论分析与数值模拟方法研究了多点起爆对爆轰波汇聚及传爆序列输出威力的影响规律。研究结果表明,随着起爆点数的增加,见证板的中心超压区峰值压力逐渐增大,当起爆点数量增加至4个后,压力增长趋势变缓,此时在中心超压区峰值压力可达单爆轰波压力峰值的2.46倍。试验结果表明,4点同步起爆比单点起爆的输出威力提高了约38.6%。

伪码引信高速实时可配置宽带正交解调方法

针对传统伪码脉冲体制引信接收通道采用声表面波相关器和包络检波法提取回波信息的方式存在码型固定、丢失相位信息与现代伪码体制引信需要参数高速实时可配置、回波信号相干积累需求之间的矛盾,提出回波信号高速实时频率可配置宽带正交解调方法。该方法采用集成宽带可配置锁相环、正交解调器和滤波器对不同频率、不同码型的射频回波进行正交解调处理,将目标回波信号变换为固定低中频同相分量和正交分量,然后将两路信号送入数字信号处理器进行带通采样和后续处理。该方法既保留了回波信号幅度信息,也保留了回波信号相位信息,为后续数字相干积累、测距做预处理,可有效提高伪码引信的抗干扰能力,扩展近距探测能力。测试和试验结果证明,该方法可使引信的回波信噪比由原来的约16 dB提高到约33 dB,引信探测的最近距离减小了30 m,探测精度优于1 m。

引信毁伤控制技术与发展构想

现代战争要求火力打击具备“发现即命中,命中即摧毁”的高效毁伤能力,武器弹药高效毁伤对引信毁伤控制能力提出更高要求。在总结分析当前引信毁伤控制技术特性的基础上,讨论了引信开环毁伤控制技术路线与特点,并针对开环控制毁伤效能不高导致弹药毁伤效能难以有效发挥的问题,提出了引信自适应闭环毁伤控制的发展设想。根据所设计的引信自适应闭环毁伤控制技术路线,探讨了未来需要重点解决的基础性问题,为引信闭环毁伤控制理论建立奠定基础。

模块化组合构建滤波舱体改进引信电磁兼容性的方法

针对制导火箭弹近炸引信中,由于空间结构和重量的限制无法提供额外的独立屏蔽空间来处理输入电源的注入干扰问题,提出模块化组合构建滤波舱体改进引信电磁兼容性的方法。该方法借鉴模块化组合设计的理念,充分利用现有结构的机械零部件,通过机械结构的巧妙组合实现了输入电源的屏蔽舱体的设计,在此基础上采用浮地和滤波设计,实现了制导火箭弹近炸引信滤波舱体的构建。仿真结果表明,进行模块化组合滤波舱体构建后引信电路上的电场强度最大值由0.244 6 V/m降低到了0.153 7 V/m,电场强度降低了37.16%,同时电场强度最大值也由电路板中心位置转移到了引信壳体内壁。表明模块化组合构建的制导火箭弹近炸引信滤波舱体,在提高引信电磁兼容性能方面效果显著。

脉冲激光引信烟尘环境后向散射回波特性

针对激光引信在烟尘环境下探测时容易被烟尘散射和反射干扰引起虚警或漏警的问题,提出基于T矩阵法和Monte Carlo方法建立烟尘环境下脉冲激光的后向散射回波模型,进行905 nm脉冲激光在不同烟尘环境下无目标和有目标情况的仿真计算,研究不同烟尘浓度、不同收发间距和不同目标距离下的激光后向散射回波特性。通过现场试验,对比实测归一化值与仿真归一化强度值验证了脉冲激光在烟尘环境下的后向散射模型的精确度,为后续脉冲激光引信在烟尘条件下的抗干扰探测奠定了基础。

侵彻过载信号自适应变分模态分解时频分析方法

传统过载信号时频分析方法广泛应用于超高速侵彻引信层间粘连机理研究和信号处理方法优化中,但模态混叠效应已成为其应用时的瓶颈。针对该问题,提出一种基于自适应优化变分模态分解(OVMD)的侵彻过载信号时频分析方法。考虑到侵彻过载信号频率成分复杂且具有的非平稳性、随机性特点,该方法以模态的混叠效应和稀疏性作为信号的分解约束,采用非支配排序遗传算法(NSGA-II)搜索获取变分模态分解算法的分解个数和二次惩罚因子,再基于参数优化的变分模型,确定各模态函数的中心频率和带宽,完成过载信号各频率成分的自适应分解。通过对实测侵彻过载信号分析可见,相比于通用经验模态分解算法,该方法可以有效抑制模态混叠现象,且在时域和频域上均具有更好的分辨率,能为引信系统的信号处理、仿真模型验证、结构设计提供有效信息支撑。