反无人机用空间条网牵引展开仿真与试验研究

针对作战无人机拦截问题，提出了一种区别于现有绳网拓扑结构的空间条网拦截方法。围绕条网牵引展开性能及滞空姿态等关键问题，建立了空间条网的动力学模型，通过等比例模型数值模拟，研究了不同时刻下空间条网的网型姿态、网绳内力和位形变化过程，开展了相同工况下的地面验证试验，对特征时刻下条网展开的特征参数做出分析。将条网仿真结果与地面发射试验对比后发现，二者条网展开过程基本吻合，验证了该拦截方法的可行性和有效性，为大变形柔性系统的仿真与试验研究提供参考。     

空间绳网结构设计及优化方法

在空间绳网的展开阶段,牵引体与绳网本体的动能交换使得绳网中心出现回弹现象,严重影响着绳网展开性能。基于四边形平面绳网,在不改变绳网拓扑结构前提下,通过优化网目结构提升绳网展开性能;引入两种矩阵分别表示绳网拓扑结构及绳段长度,使用弹簧质点法建立绳网动力学模型,并以有效展开位移为优化目标,提出一种基于遗传算法的网目结构优化策略。通过数值仿真对比了绳网优化前后的结构及展开性能,结果表明,采用优化结构的绳网能够在几乎不影响最大展开率前提下,抑制绳网回弹,提高绳网的有效展开位移。     

电动源发射过程弹丸运动状态分析研究

提出了一种电动源发射系统的工作原理,基于赫兹接触理论,建立了发射过程中弹丸运动的数理模型。基于该模型进行了数值仿真研究,得到了发射过程中弹丸运动参数的变化规律以及弹丸单边过盈量对弹丸初速的影响规律。研究结果对电动源发射武器的研制具有理论指导意义。     

基于数值仿真的弹丸发射强度分析方法

针对现有弹丸发射强度计算存在的不足,提出一种基于数值仿真的分析方法.通过对弹丸发射过程中力学仿真应用方法的分析,以实例说明发射强度仿真模型的建立及分析类型的选择,得到弹丸在发射过程不同时刻的强度参数结果,计算结果与实弹实验结果基本吻合.结果表明,该方法可为类似弹丸的发射强度研究提供理论参考.     

二级轻气炮内弹道过程数学建模及数值仿真

根据二级轻气炮的发射特点,采用经典内弹道模型描述药室里火药燃烧状况和活塞运动,同时采用一维非定常可压缩流动模型描述轻气室里的气体流动状态和弹丸运动,并通过活塞的运动状态将两者耦合,从而建立起二级轻气炮发射过程的内弹道数学模型;以某30 mm／120 mm轻气炮为基本计算模型,运用四阶Runge-Kutta法求解药室方程,运用二阶MacCormack格式求解轻气室方程,通过两部分的交替计算,实现二级轻气炮内弹道过程的数值仿真,为二级轻气炮的参数设计和发射性能的提高提供了理论依据。     

结构与装填条件对二级轻气炮发射性能的影响

通过建立数学模型,运用数值计算方法进行求解,实现了二级轻气炮发射过程的理论计算,并以25 mm/100 mm二级轻气炮为基本模型,计算了其在多种不同结构参数和装填条件下的一系列发射过程.通过对大量计算数据进行系统分析,总结出结构参数和装填条件对二级轻气炮发射性能的影响规律,并根据这些规律,给出了一些提高二级轻气炮发射性能的建议.     

导弹热发射方式增推效能研究

为研究导弹热发射增推效能,设计了3种不同方式的排导空间。建立导弹热发射过程的控制方程和导弹全区域结构化网格模型,使用计算流体力学方法进行仿真,分别采用2阶迎风格式和全隐式方法进行空间离散和时间离散;计算了3种不同排导空间条件下导弹的出筒过程、出筒速度,分析导弹发射时筒内气动特征和导弹在发射筒内运动时增推力随导弹位移的变化过程。数值计算结果与原理验证试验结果符合较好。对不同条件下导弹出筒速度的仿真计算结果表明,采用筒式热发射,可以通过改变排导空间的方法实现燃气能量的再利用,将筒内燃气的气动力转换为推动导弹运动的推力,形成额外的增推力,提升导弹筒内运动速度,降低导弹出筒消耗的能量。     

管内发射两级火箭原理研究

描述了管内发射两级火箭的发射过程,将该发射过程分为4个阶段.对二级火箭的点火时间进行分析,设计并完成了二级火箭在管内与管外2种情况下开始工作的对比试验.结果表明,管内发射两级火箭的发射原理是可行的,该发射方式可提高火箭弹的速度.     

火炮发射动力学的可视化仿真

对火炮发射的整个过程进行了动力学仿真计算,结合虚拟现实技术,在虚拟场景中完成了火炮发射全过程的可视化.建立了30个自由度的火炮发射动力学模型,在不同工况下进行仿真计算,对全炮发射进行了稳定性计算.通过外弹道程序,获得弹丸出炮口后的运动诸元.建立了火炮发射的虚拟场景,实现了火炮发射的可视化.研究表明,该方法可以为现代火炮设计与优化提供一种新的途径.     

车载防空导弹行进间发射过程动力学数值分析

利用自回归（AR）模型对不同等级随机路面进行数值模拟,建立了车载防空导弹的行进和发射一体化多柔体动力学模型。根据行驶动力学仿真结果,确定了最恶劣发射时刻。结合分析结果完成了行进间发射动力学仿真,获得了导弹姿态参数。分析了路面和车速对防空导弹行进间发射精度的影响。利用自回归（AR）模型对不同等级随机路面进行数值模拟,建立了车载防空导弹的行进和发射一体化多柔体动力学模型。根据行驶动力学仿真结果,确定了最恶劣发射时刻。结合分析结果完成了行进间发射动力学仿真,获得了导弹姿态参数。分析了路面和车速对防空导弹行进间发射精度的影响。研究结果表明,B级路面上3种车速均能安全发射,C级路面上车速受限于25 km/h.     

发射筒易碎前盖开盖过程的流体与固体耦合仿真方法

发射筒易碎前盖的压力波开盖过程是一个典型的流体与固体耦合问题。为研究易碎前盖的开启仿真过程，对易碎盖聚氨酯复合材料分别做了静态拉压实验、动态拉压实验，并利用用户子程序VUSDFLD对混凝土塑性损伤（CDP）本构模型进行扩展开发，用以描述易碎盖材料的承载和破裂状况；基于计算流体力学（CFD）的发射筒内流场仿真，对欧拉方法的同工况模型进行仿真校验，并借助耦合的欧拉-拉格朗日（CEL）算法对易碎前盖的开启过程进行仿真。结果表明：所开发的含单元失效的CDP本构模型能较好地吻合材料实验和产品实验情况；CFD与CEL算法相结合的仿真方法能有效解决压力波开盖这类流体与固体耦合问题，且具有较高精度。     

发动机建压速率对易碎盖开盖的影响

为了研究导弹箱式热发射中导弹发动机建压速率对发射箱易碎盖开盖的影响,通过对动力源进行假设,建立了发动机建压速率与易碎盖开盖能量之间的关系,分析了发动机建压速率对易碎盖开盖的影响; 利用数值仿真得到不同速率下的箱内压力曲线,仿真结果表明,建压速率越高前盖开盖风险越大。对比分析了不同导弹飞行试验中发射箱内压力数据,试验验证了仿真结果的正确性。该研究为前、后易碎盖开盖压力指标的优化提供了参考。     

柔性拦截网空中开网动力学建模与仿真

针对柔性拦截网空中投送展开的动力学过程,提出采用滞空时间、最大开网面积、有效拦截面积作为柔性拦截网开网效果的衡量指标,分析了影响柔性拦截网开网效果的主要因素。为了分析柔性拦截网开网过程,建立了柔性绳索非线性动力学模型,采用有限元求解方法求解控制方程,并进行了数值仿真。结果表明,牵引头在展开方向的动能大小是影响柔性网滞空时间的主要因素; 牵引头质量、弹射角度及弹射速度与柔性网滞空时间呈负相关关系; 牵引头弹射角度和弹射速度与柔性网最大展开面积呈正相关关系。仿真结果可为柔性拦截网空中开网参数的工程设计提供参考。     

水下火炮气幕式发射过程中燃气射流与液体工质相互作用特性研究

为了研究水下火炮气幕式发射过程中燃气射流与液体工质相互作用的特性,设计了可视化模拟实验装置,采用高速录像系统记录了圆柱形充液室中弹丸运动及气体与液体相互作用的过程特性,得到了弹丸速度与气幕轴向扩展速度随时间的变化关系。对比不同喷射参数条件下实验结果可以发现：弹丸运动速度随着喷射压力的增加而增加;气幕减阻性能随着斜面喷孔尺寸增大得到提升,弹丸运动速度随之增大。在实验基础上,建立了弹丸运动条件下多股燃气射流在液体介质中扩展的三维非稳态数学模型。针对实验工况进行数值模拟,模拟结果中多股燃气射流扩展过程与实验结果一致;对比二者气幕顶部轴向扩展位移值,可以发现计算结果与实测值吻合较好。弹丸运动条件下气幕生成的数值模型的建立,为水下火炮发射过程中身管内气幕生成及减阻机理分析提供了参考。     

基于粘聚区模型的推进剂开裂数值仿真

为了研究复合固体推进剂裂纹开裂过程,利用粘聚区模型理论构建了复合固体推进剂断裂过程的物理和数学模型;推导了粘聚区单元的有限元离散格式;结合ABAQUS二次开发技术对裂纹扩展过程进行了数值仿真,获得了HTPB推进剂Ⅰ-Ⅱ型裂纹扩展过程中的裂纹扩展路径和裂尖应力变化情况.分析了粘聚区本构参数对仿真结果的影响,确定了其取值范围.将仿真和实验对比,结果表明所建立的数值仿真方法可以较为准确地模拟复合固体推进剂裂尖的损伤应力场,以及预测裂纹扩展路径;粘聚区模型可以为固体推进剂装药完整性和安全性分析提供可靠的分析计算方法.     

发散形环形切割装置的数值模拟仿真

目前环形切割装置产生的无论是射流还是EFP都不太稳定,在飞行过程中由于空气动力都会导致侵彻体偏斜,靶板的侵彻达不到预期的穿孔效果.针对该问题,设计了一种发散形的环形切割装置,利用AUTODYN软件,对这种环形切割装置在不同发散角下进行了数值模拟仿真.仿真结果表明,当发散角度在7°左右时,可以达到最佳开孔效果,且比现有环形切割装置开孔直径大;侵彻过程中也不存在内偏现象.     

潜伏式武器水下减速着陆运动仿真

为了研究潜伏式武器采用减速伞结合舱段分离的方法实现水下安全着陆的可行性,建立了该武器使用减速伞减速及舱段分离着陆时的相关运动过程的数学模型,采用数值计算方法对该运动过程进行了仿真分析,得到了武器减速直至着陆过程中武器及其舱段运动的仿真结果,并对减速伞不同的开启角度对整个着陆运动过程的影响进行了分析。仿真结果表明:通过选择合适的减速伞开启角度、开启深度、舱段分离深度以及钢缆长度参数组合,基本可以实现武器的安全着陆。     

小开口级联同步扫描水下激光引信设计与建模

针对目前大开口水下同步扫描激光引信存在空间利用率低和扇形盲区的问题,提出一种 小开口、5组扫描单元级联的设计方案,以实现透光窗口的小型化,提高水下激光引信的整体强度和空间利用率。针对该方案采用同步扫描多参数优化设计方法,得到小开口激光引信的最佳扫描频率、最佳脉冲频率与各扫描单元的通光时间。建立弹目在不同交会姿态下的回波能量分布模型,获得最小回波能量及其对应的弹目交会姿态。对典型弹目交会状态进行了计算模拟仿真。仿真结果表明：所提方案在提升可利用空间、解决扇形盲区的同时,满足了弹目在各种交会姿态下的探测需求,为水下同步扫描激光引信的设计提供了参考。