弹载全弹道多参数测试仪

为了准确测量引信在膛内及飞行过程的动态参数,设计了一种可置于引信内部通用、灵活的微型多参数测试仪,它具有小体积、微功耗、抗高冲击等特点。该测试仪使用了薄膜线圈和加速度传感器,成功获取了引信在膛内和发射过程的三轴加速度及转速信号。此研究对于引信、弹丸和火炮的设计和研究有着十分重要的意义。     

双自动机并联发射时膛口流场数值仿真

为研究双自动机近距离并联发射时膛口流场特征及其对弹丸运动影响问题,采用计算流体力学方法结合动网格技术,建立了包含弹丸运动的膛口流场数值仿真模型,对双自动机近距离并联发射时复杂膛口流场进行了数值仿真.以三种不同身管间距为例,得出了双自动机并联发射时膛几流场的形成、发展及相互干扰过程,及膛口流场对弹丸出炮u后运动姿态的影响情况.仿真结果表明双自动机在近距离发射时,相互干扰的膛口流场对弹丸出炮口后运动姿态有较大影响,以至影响火炮系统射击精度.在双自动机近距离并联发射时,为保证武器系统射击精度,应采取相应措施消除两身管间膛口流场的相互干扰,减小膛内流场对弹丸运动姿态的影响.     

弹丸卡膛速度测量系统设计与测试

卡膛速度是弹丸装填的重要参数,对弹丸卡膛的一致性有较大影响,进而对火炮射击精度产生影响.提出了一种基于激光位移传感器的弹丸卡膛速度测试方法,并根据已有的弹药自动装填装置试验台架对测试方法进行了试验和验证.利用激光位移传感器测量弹丸在30°、45°和60°射角下卡膛时段的位移变化,通过Matlab软件对弹丸在身管内的位移-时间历程进行微分处理,获得弹丸卡膛时段的速度-时间历程,弹丸到达卡膛位置速度会骤降至零,根据其速度变化可获得弹丸卡膛速度.对测得的卡膛速度进行误差分析,结果表明该方法可用于弹丸卡膛速度测量,并具有较高精度.     

自行火炮虚拟试验平台研究

为了实现自行火炮从开始射击到弹丸出炮口全过程的协同仿真,建立了由内弹道计算模块、自行火炮动力学仿真模块和系统优化模块三个子系统组成的火炮虚拟试验平台;同时,通过将虚拟体引入仿真模型,得到了以弹丸运动状态为目标函数的火炮系统优化模型.以某型火炮为例,获得了在相同射击条件下试验测试数据和平台仿真结果的对比曲线,以及弹炮间结构参数对弹丸角速度的优化结果.分析表明,虚拟试验平台能较真实地反映自行火炮的动态响应特性和弹丸的膛内运动规律,可用于分析火炮结构对射弹散布的影响,为弹炮耦合问题的研究及系统优化提供了一定参考.     

一种面向机动的低成本姿态测量系统

载体作机动运动时,基于加速度计和磁传感器的姿态测量系统易受载体运动加速度的影响而导致测量精度降低.通过将GPS加速度引入重力观测方程,有效补偿了载体运动加速度造成的姿态测量误差.利用基于重力场和地磁场矢量观测的迭代最小二乘姿态确定算法得到修正罗德里格姿态参数.姿态信息通过互补滤波器与陀螺仪测量值融合以提高动态响应.实验结果表明,该低成本姿态测量系统可明显提高机动环境下的姿态测量精度,姿态角测量误差小于3°.     

基于自适应窗和功率谱分析的速度测量

在内弹道弹丸速度测试的具体工程应用背景下,提出了一种基于自适应窗和功率谱分析的内弹道弹丸速度测量方法.在给出总体设计思路的前提条件下,建立了测速雷达回波信号的数学模型,并对自适应窗分段模块、功率谱分析模块和谱峰搜索模块进行了功能分析.依据所提出的测量方法,通过设置实验参数和构建仿真模型,在MATLAB环境下进行计算机仿真,得到了多普勒频率和弹丸运动速度的测量曲线.比较结果表明,该实现方法测量误差在5%范围内,基本可满足内弹道弹丸测速中提高测速精度的要求.     

基于虚拟现实的火炮外弹道仿真方法

针对火炮发射实验具有不可重复性、周期长、人力耗费大、技术要求高等问题,本文提出了火炮外弹道虚拟仿真方法.本文根据火炮射击过程特点,分析火炮质点外弹道方程组,建立弹丸外弹道运动过程数学模型;结合虚拟现实技术及Unity3D引擎,采用3ds Max建立火炮和弹丸实体模型,以C#作为开发语言对弹道进行计算,控制弹丸运动,实现对火炮发射过程的仿真模拟;通过仿真实验数据与弹道表数值分析比较表明,本方法不仅在视觉上能够较好的展现火炮发射和弹丸的飞行状态,同时误差控制在可接受范围内,为火炮外弹道的研究提供了便利.     

基于加权时变卡尔曼滤波的惯性测量单元设计

针对加速度计和陀螺仪数据融合姿态测量方法在载体运动加速度较大时得到的角度误差逐渐增大的现象,提出一种基于加权时变的卡尔曼滤波算法。利用衡量运动加速度相对大小的权重参考概念,设置加速度计测量角度在观测量中所占的比重,使系统能够根据实际情况改变对加速度数据的参考程度。基于Arduino平台,选用MPU6050惯性测量传感器进行实时测量数据获取姿态信息的实验研究,实验结果表明,改进后的算法可以有效减小由于系统运动加速度导致的测量误差,获得更准确的姿态角数据。     

带炮口装置时某火炮膛口流场数值仿真

研究炮口装置能控制火药气体从膛口流出后的流动状态,可以改变身管受力及膛口流场射流结构分布状况,对火炮武器系统性能有重要影响。为研究某新型炮口装置性能及其对弹丸运动影响问题,提高精度,采用计算流体力学结合动网格技术,建立了包含炮口装置和运动弹丸的膛口流场数值仿真模型,利用轴对称Euler方程组和有限体积法(FVM),对带炮口装置的某火炮膛口流场进行了数值仿真。仿真结果反映了带炮口装置时膛口流场发展过程及射流结构的主要特征。根据数值仿真结果分析了膛口流场对弹丸受力状况及运动状态的影响。仿真结果表明某新型炮口装置对膛口流场结构有较大影响,并会影响弹丸出炮口后运动状态,从而影响火炮射击精度。     

弹丸姿态对感应式线圈靶测速精度影响

弹丸穿越线圈靶时的姿态是影响线圈靶测速精度的重要因素.就弹丸姿态变化对线圈靶测速精度的影响进行了理论分析与建模研究,建立了与弹丸姿态相关的线圈感应电动势特性的理论模型.结合具体的参数,利用Matlab数值分析软件对高速运动的弹丸在入射线圈靶时的感应电动势随偏航角、俯仰角和偏移量的变化进行了数值计算,并经实验验证了模型的正确性.初步的研究结果表明:靶距为1m时,弹丸姿态所引起的线圈靶测速误差可达0.511％,其中偏航角为主要影响因素.建模结果可为传感器的合理使用和误差补偿提供理论依据.     

基于磁传感器组合的运动物体姿态解算

姿态参数的测试是运动物体测试过程中的重要指标。针对角速度陀螺仪在高速运动中姿态角的测量误差较大,提出了基于加速度和线圈式磁传感器的姿态测量组合。线圈式磁传感器的输出值包含了载体的转速和角速度信息的综合,求出载体的角速度信息,通过扩展的全姿态四元数算法进行数据融合和姿态解算。在三轴转台上进行半实物的仿真实验,验证算法的正确性,在解算过程中无须知道当地磁场大小,方法简单易行。     

一种内弹道测速器的设计与应用

设计研制了一种新型内弹道测速器,用于多型导弹发射筒内弹道参数的测量,获取导弹出筒速度和筒内运动最大过载量;该测速器采用独特的机械结构设计方法和光电转换器件,解决了导弹发射筒内高速直线运动向电信号的转换问题,采用了最小二乘滚动拟合法和全程高次方程相结合的数据处理分析方法,解决了发射筒内复杂测量环境带来的大扰度干扰问题;通过实际应用证明,该测速器工作稳定,可靠,测量精度高达99.73%,具有一定推广应用价值。     

基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法

为了解决传统航天器姿态测量方法中存在的误差率高的问题,提出基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法。首先对使用的精密星敏感器进行设计,并将在不影响航天器运行的前提下安装在合适的位置上。通过建立运动坐标系、坐标参数转换和设置姿态参数三个步骤得出航天器运动模型,在该模型下分析出航天器姿态的基本运动规律、利用精密星敏感器识别并选取航天器空间下的任意三个星点,最后综合定位的星点和航天器姿态的运动规律,从不同的角度上确定航天器姿态测量结果,为了提高航天器姿态测量结果的精度进行标定处理。通过模拟实验分析得出结论：与传统测量方法相比,基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法的平均误差率降低了6.0%。     

基于执勤专用枪的防暴动能弹内弹道仿真研究

针对部队在执勤中枪支管理难的问题,结合无管发射式防暴动能弹的特点,提出了执勤专用枪这一全新概念;在内弹道过程分析及数值计算的基础上,利用MATLAB语言仿真技术进行编程测试,对其内弹道模型进行数值模拟仿真,根据仿真曲线分析了该弹弹丸内弹道运动规律、各项指标之间的相互关系及影响各项指标的因素,仿真结果表明,弹筒内最大压力、弹丸出口速度、管口压力、火药燃烧相对结束位置等指标均符合设计要求,保证了弹体设计符合理论设计要求。     

基于过程集成的迫击炮内弹道参量优化

针对迫击炮内弹道参量在优化设计中存在的效率低、全局搜索性差、过程复杂等问题,基于迫击炮内弹道模型,提出了一种过程集成优化设计方法;首先利用MATLAB/Simulink软件搭建了迫击炮内弹道模型并通过仿真计算得到迫击炮的膛压、速度随时间变化曲线,得到的膛压和速度参量与试验结果具有较好的一致性;然后通过集成优化平台ISIGHT集成MATLAB/Simulink软件,结合带精英策略的改进非支配排序遗传算法对其进行了以最大膛压和炮口速度为目标函数的多目标优化设计;优化结果表明：优化后的最大膛压降低了13.63%,炮口速度提高了10.46%,该方法在提升内弹道性能的同时提高了优化效率,为武器的内弹道优化设计提供了一种新思路。     

一种基于电磁感应原理的角位移参数测量方法

针对目前常规弹药弹体研究领域角位移参数大动态和高精度的测量需求,提出了一种基于电磁感应原理的角位移参数测量方法,并设计了相应的角位移传感器.采用感应线圈获取弹体大转速动态范围内切割地磁场的信息,通过边沿检测和脉冲计数相结合的自适应闭环频率跟踪测量算法测量弹体旋转过程中的实时角位移参数信息,并采用周期清零的方式,消除累积误差.半实物和实物仿真试验结果表明:该角位移传感器不仅能够测量大动态范围内的角位移,拓宽测量范围从600°/s~36000°/s,而且完全消除了测量过程中的累积误差.测量误差小于0.220%,累加误差最大只有0.2°/s,实现了对弹药弹体角位移参数的实时、高精度测量,在姿态测量和地磁导航等应用领域具有一定的工程应用价值.     

基于角度补偿的手机多传感器数据融合测距算法

在惯性测量领域,单纯利用加速度二次积分的方法并不能准确感知目标对象移动的距离.加速度传感器在感知呈线性运动的目标对象时较为准确和实用,但在三维空间运动时它的坐标轴会随物体发生方向的改变而不断漂移.为解决该问题,提出了一种基于角度补偿的手机多传感器数据融合测距算法(ADC-R),使用加速度传感器测量物体运动的加速度,作为计算位移的原始数据;采用手机陀螺仪传感器测量运动物体的角速度,并以旋转矢量传感器输出的数据作为参数把手机动态坐标系下测得的加速度值空间坐标转换到静态的参考坐标系下,然后进行数据融合完成角度补偿计算;最后根据物理学加速度和位移的关系运用数学积分方法和进一步修正误差的技术得到最终移动的距离.实验结果表明此方法在近距离测距方面精度较高,优于加速度积分算法和加速度与陀螺仪融合算法.     

水下测速涡轮传感器动态实验研究

水下高速运动体可利用前置涡轮传感器来测量其自身运动速度。建立了水下测速涡轮传感器的动态方程,并分析了其在稳定加减速下的响应规律。利用高速水洞设备,设计了加减速的动态过程实验,并对实验结果进行了分析。理论分析和实验结果表明：动态模型与实验结果基本吻合,动态下的运动规律与稳态变化规律基本相符。与静态测量值相比,此水下涡轮测速方案在加减速过程中存在动态误差,其中加速过程误差较大,在实际测量中需要修正。