抛索火箭系统主动段绳索动力学特性研究

针对抛索火箭系统主动段绳索复杂的动力学特性,建立了基于多体动力学方法的绳索模型;数值仿真了真实火箭推力作用下绳索主动段飞行动力学过程及其动态特性。研究结果表明:主动段绳索运动呈波动状态,绳索速度和绳索内张力呈现规律性波动,随着编号增加,速度波动幅度先增大后减小,绳索内张力波动的幅度和大幅波动持续时间先减小后增大,绳段最大速度达到325.42 m/s,绳段内张力的峰值达到了8 162.5 N。仿真计算结果与试验数据较一致,该研究成果对抛索火箭系统绳索选择和系统弹道设计有参考价值。     

绳索对抛索火箭弹道特性的影响

抛索火箭系统的绳索动力学问题十分复杂.采用有限段方法对绳索进行建模,分析推导了绳索的运动和受力,根据Kane方法选择了合适的广义坐标,建立了拖缆火箭飞行的动力学模型.利用该动力学模型分析了绳索对抛索火箭弹道特性的影响,得到了绳索线密度、空气阻力系数对射程、速度、弹道倾角等弹道特性影响规律,为下一步研究绳子对拖缆火箭飞行的扰动以及拖缆火箭制导控制提供了理论模型和指导.     

基于Kane方法的火箭抛绳系统飞行动力学模型

为了研究抛绳火箭系统的弹道特性,通过对抛绳火箭飞行的运动学描述,根据有限段方法将绳索离散为n个有限段,并进行了分析,考虑火箭和绳索上的作用力:重力、火箭所受推力、空气阻力、绳索末端所受拉力等,建立了基于Kane方法的抛绳火箭系统的动力学模型。数值实例表明:该动力学模型能够有效地实现抛绳火箭飞行过程的数值仿真,揭示了射角从25°到65°变化时,系统弹道轨迹、速度、弹道倾角、绳索状态等变化规律。该动力学模型的建立为下一步研究绳子对抛绳火箭飞行的扰动以及抛绳火箭的制导、飞行控制提供了重要理论支撑。     

拖缆火箭弹道计算研究

建立了拖缆火箭和绳索的运动方程，并进行求解，为拖缆火箭的弹道设计提供了参考依据。     

火箭拖拽布撒网系统建模与动力学分析

布撒网系统利用火箭拖拽将网体布设至目标区域、完成雷区清障任务,研究其展开动力学过程,对系统设计有着重要的理论指导意义。基于刚体动力学及多体系统动力学中的集中质量方法,分别建立了火箭及柔性布撒网块的三维动力学模型,给出了系统动力学方程。利用4阶 Runge-Kutta法解算系统动力学方程,通过数值模拟计算分析了布撒网飞行布设准确性的影响参数。通过集中质量模型与多刚体模型对比,分析二者仿真结果中的火箭弹道、质心速度和俯仰角等关键动力学参数,研究了火箭拖拽布撒网系统的基本飞行动力学特性,得出集中质量模型的准确性更高。根据工程实际研制出火箭拖拽布撒网系统的试验样机,并完成了样机的场地飞行试验。结果表明：数值计算与试验结果吻合良好,系统布设到位率达到90%以上。     

柔性体的有限质点模型弹道计算研究

建立了火箭质心及末端、柔性体单元的运动方程，推导了柔性体单元间弹道上的连续性方程,得到了求解单元拉力的矩阵方程表达式．并给出了计算程序的流程图。计算可得到柔性体在弹道上的飞行姿态及火箭诸参数的弹道变化。     

考虑弹性效应的平面运动弹道方程

对考虑弹性效应的平面运动弹道进行了研究.以Euler-Bernoulli梁模型理论为基础.考虑了火箭箭体的分布质量、气动力,以及振动与位移之间的藕合关系,采用Hamilton原理推导了弹性火箭的平面运动动力学方程并进行弹道仿真.仿真结果表明,考虑弹性效应的影响,火箭弹道的高度和射程与刚体模型结果相比射程减小而射高增加,说明弹性效应的影响不可忽略.该文方法为高精度弹道分析提供了参考.     

直列装药火箭爆破器中火箭对钢丝绳拉力的计算

对直列装药火箭爆破器的原有质点模型进行了深入分析，建立了直列装药火箭爆破器的火箭刚体运动方程和柔性部分质点运动方程，推导了拉力计算公式，并以某型火箭爆破为例计算出了弹道上的拉力曲线，结果说明模型的正确性。     

海上补给高架索建模和仿真研究

针对海上补给装备研制过程中尚无高架索模型可以使用的现状,将多体动力学理论引入高架索建模中,研究了绳索多刚体动力学模型、刚柔混合体动力学模型和多柔体动力学模型的建立方法。将3种绳索模型依次用来模拟高架索,并利用ADAMS软件对海上横向干货补给过程进行仿真计算。计算结果表明：3种高架索模型的速度、受力、角速度、转矩的变化趋势与高架索实际力学特性基本一致,绳索多体动力学模型可以模拟海上补给高架索;绳索多柔体动力学模型较其他两种绳索多体动力学模型更能反映出高架索的全部动力学特性。     

横向补给高架索系统非平面振动数值研究

考虑高架索倾角、集中质量等因素的影响,建立了横向补给高架索系统的非平面运动的动力学模型。利用Galerkin方法对动力学方程进行3阶模态离散,得到了常微分形式的动力学控制方程。借助Mathematica软件,对系统的非平面振动进行了动力学响应分析,分析了高架索倾角、张力波动等因素对高架索动力学特性的影响。研究结果表明,张力波动对高架索动力学特性影响很大,它可以改变高架索的周期运动行为以及导致高架索振幅值的大范围波动。     

空间大型末端执行器柔性绳索捕获动力学研究

针对绳索式末端执行器缠绕及捕获卫星过程中的动力学问题,采用绝对节点坐标方法描述横观各向同性柔性绳索的缠绕运动,及卡尔丹角描述刚体卫星的姿态运动,并引入绳索与目标间的非线性动力学模型,建立包含末端执行器固定环和旋转环、绳索及被捕获卫星抓杆在内的刚柔耦合动力学模型。结合广义α法以及工程上常用的Scaling技术,利用Matlab开发了计算程序,实现动力学方程的高效精确数值求解。计算结果表明：此模型能较好地模拟柔性绳索缠绕及捕获卫星的过程,同时给出捕获过程中卫星姿态的变化及绳索的运动和受力情况,为实际工程中捕获机构的设计和试验提供一定的参考依据。     

火箭拖拽布撒网飞行轨迹研究

对布撒网系统纵向展开问题进行了研究。研究采用二维运动模型简化,运用多体系统动力学理论和集中质量法,建立了布撒网纵向展开过程的多刚体动力学模型。运用Kane方法建立系统动力学方程,运用数值方法分析和计算了该动力学方程,给出了布撒网纵向展开的动力学过程。得到了火箭和网上各点位置和受力的时程曲线,以及火箭和网的飞行轨迹。计算结果与模拟布撒网展开实验结果吻合。     

弹体结构变形对发射起始扰动影响研究

对长细比较大的倾斜发射式火箭弹,在进行发射动力学计算时,除考虑外部影响因素外,还应该考虑火箭弹弹体自身的弹性变形引起的横向振动对起始扰动的影响.为了研究某型火箭弹的横向振动特性对发射过程俯仰角运动的影响,采用传递矩阵法建立了火箭弹的横向振动模型,分别进行了多刚体和刚柔耦合发射动力学仿真.通过发射动力学仿真结果及试验测试结果对比,发现弹体的横向振动特性对该火箭弹发射过程中俯仰角方向运动具有比较大的影响.     

船载火箭炮发射动力学仿真

研究了利用民用船舶作为栽体进行火箭炮发射时的动力学问题.通过虚拟样机技术对船栽火箭炮系统进行了合理简化和建模;根据海浪波能谱,计算船舶摇荡运动的功率谱密度,计算产生船舶的随机摇荡运动;用ADAMS软件计算了莱火箭炮在横浪、斜浪和顶浪3种航行状态下发射时的动力响应.结果表明,船载火箭炮在顶浪或横浪状态下射击效果较好.该结论对船栽火箭炮系统的实际使用具有参考价值,计算结果也可以作为研究船载火箭炮射击密集度的依据.     

旋转状态下姿态控制发动机喷流流场的数值模拟

为了对姿态控制发动机在旋转状态时的喷流流场进行数值模拟,并避开复杂的滑移网格技术,将惯性坐标系下的控制方程和数值计算边界条件用弹体旋转坐标系来表达,选用雷诺平均的旋转坐标系下的Navier-Stokes方程,算例计算结果与采用滑移网格技术得到的流场结构相比更接近实测且计算容易收敛,表明这种方法正确且简单可行。数值计算结果表明：在弹体直径以及喷口大小及入口条件一定的前提下,由于旋转引起的喷流流动的非对称性将直接影响到姿态喷流控制力的大小和方向,进而影响到姿态控制发动机的工作效率;随着旋转角速率的增大,推力矢量明显变化,控制推力偏转,使有效揎制推力减小,从而影响远程火箭弹的稳定性和姿态控制精度,并在一定程度上增加了燃气消耗量。     

柔体火箭弹道模型的建立

以低速旋转的尾翼式火箭为研究对象，以梁的弯曲理论为基础，进行微元体和刚体的受力分析，推导出柔性火箭的弯曲变形方程，建立了柔性火箭飞行运动和柔性弯曲变形耦合的动力学模型。     

舰艇摇摆对舰载火箭弹离炮口姿态的影响

确定火箭弹脱离炮口瞬间的姿态对分析弹道的初始扰动以及落点的散布计算都是非常重要的．该文建立了舰栽火箭炮发射过程中约束期内的火箭弹质心运动方程组模型和半约束期内的火箭弹弹轴转动方程组模型，分析了发射过程中舰艇的摇摆运动对火箭弹姿态的影响．仿真结果表明，舰艇摇摆对火箭弹的姿态影响较大。所建立的模型对确定舰载火箭弹弹道的初始扰动以及落点散布计算具有一定的参考价值。     

基于JACK 的虚拟人维修动作生成设计

针对动作仿真软件JACK已不能满足虚拟维修训练和仿真需要的问题,设计基于JACK软件的虚拟维修动作生成系统。在分析某型防空火箭武器系统维修性的基础上,构建虚拟人维修动作生成系统的基本框架,根据我国国情对JACK软件人体模型的相关参数进行调整,在构建了虚拟人树形分层模型后,对IK算法进行改进,使生成的动作连贯、自然、流畅,并将生成的维修动作转化为JackScript脚本,在JACK仿真软件中进行虚拟人的维修动作仿真。当前这种维修动作生成设计已应用于某型防空火箭武器系统虚拟维修仿真中。     

某多管火箭炮车架行军强度分析

针对某多管火箭炮车架在进行行军强度试验时能否满足强度要求的问题,建立一种基于ADAMS和Abaqus软件联合仿真方法的多管火箭炮刚柔耦合模型。通过 ADAMS 柔性体理论建立火箭炮行驶过程的刚柔耦合模型,利用动力学仿真得到外接点在垂直方向上的位移,以此为边界条件,在Abaqus中计算出车架的应力应变,并通过仿真试验进行验证。试验结果表明：2种软件的结合使用,避免了有限元软件的耗费时间长,对复杂模型难以收敛以及多体动力学软件处理模型不精确的缺点。