基于增强型离散相模型和化学燃烧的红外诱饵弹建模方法

红外（IR）诱饵弹是一种主要的红外对抗武器，建立一种准确的红外诱饵弹模型将对红外制导算法的研究起重要作用。目前，针对红外诱饵弹的计算机流体仿真（CFD）建模方法中，通常不考虑红外药剂的燃烧对红外模型产生的影响，这将从机理上直接导致建模精度下降。针对这一不足，本文在增强型离散相模型（DPM）红外诱饵弹建模方法的基础上加入了化学燃烧相，建立了准确性更高的仿真模型。实验结果表明，与原有的模型相比，加入化学燃烧相后的新模型在图形特征的仿真精度上有明显提升。     

基于效能评估的战斗机末端光电对抗仿真

为掌握战斗机末端光电威胁交战场景,评估无源干扰手段使用样式策略和效能,采用集对分析和粗糙集理论的综合评估方法,研究了不同类型和数量来袭导弹时威胁等级和威胁排序实现算法。同时对飞机、多点源诱饵、伴飞诱饵及面源诱饵干扰特性的建模计算进行了分析研究,生成飞机与多点源、伴飞及面源诱饵相互影响的红外对抗场景。利用告警等级模型评估的威胁等级自适应决策出无源干扰的使用策略,并能对战斗机末端光电手段进行干扰效能评估。结果表明：能实时生成不同帧频下的战斗机末端红外对抗场景;根据威胁等级排序决策能力,对多点源、伴飞和面源诱饵使用策略和干扰效能进行有效评估。     

舷外有源诱饵降落伞载荷运动仿真

对火箭发射降落伞悬降方式的舷外有源诱饵的载荷运动进行了分析。在此分析的基础上,通过在2个正交铅垂平面上的分解,建立了载荷运动的数学模型,描述了在2个正交铅垂平面上降落伞—载荷连线相对于铅垂线的角运动。利用Simulink进行了单个铅垂平面上的角运动的仿真和2个正交铅垂平面上的角运动的综合仿真。     

弹道导弹中段目标/背景红外图像建模与仿真

提出了一种针对弹道导弹中段目标和背景的动态红外辐射特性仿真方法。首先,建立了弹头目标^秀饵的三维模型,并结合其运动位置分析了影响弹头目标／诱饵红外辐射的因素,建立了较为完善的弹头目标/诱饵红外物理模型;其次,基于红外星表数据对恒星大气层外的辐照度进行了计算,根据红外传感器视轴指向和红外传感器视场,确定了红外传感器视场中的可见恒星,并根据拟生成背景图像的空间分辨率计算出这些恒星在背景图像中的相对位置分布,对星空背景直接进行了动态图像生成;然后,对成像过程中红外探测系统的噪声效应进行了建模与分析,同时给出了噪声的计算机模拟方法;最后,将生成的弹头目标,诱饵的红外图像与星空背景红外图像在灰度和空间2个层次上进行合成形成完整的弹头目标赝饵／星空背景的红外仿真图像,可为弹道导弹中段红外电子对抗突防提供较为准确的数据支持。     

激光辐射下AP/HTPB复合推进剂低压燃烧特性数值模拟

为了研究激光辐射对AP/HTPB复合推进剂低压燃烧的作用机理，建立二维三明治稳态燃烧模型进行数值仿真研究。针对激光辐射强度1.4W/mm²，压强30～90kPa的工况下推进剂的燃烧进行仿真计算，并与130～160kPa压强下自持燃烧的仿真结果进行差异分析。结果表明，激光助燃工况下，仿真计算所得燃速与实验基本一致，最大误差不超过4.2%。在激光助燃和自持燃烧工况下，组分扩散速度快，气相火焰均为预混结构。激光助燃工况下，激光辐射的能量使得近燃面处的反应比较充分，初扩散反应在气相反应中占主导地位，气相火焰高温区域离燃面近；自持燃烧工况下，AP预混反应和初扩散反应共同主导气相反应过程，气相火焰温度在垂直于燃面方向上增长缓慢且高温区域离燃面远。激光助燃比自持燃烧时的压强指数低，推进剂燃烧对压强的敏感性较弱。     

乙烯超声速燃烧部分预混火焰面模型数值研究

湍流涡结构的作用导致以扩散形式喷射燃料的超声速燃烧过程通常以部分预混的方式进行,为了使火焰面模型对这一燃烧过程描述的更准确,在模型中对扩散燃烧和预混燃烧状态均需要予以合理考虑。基于低Ma条件多区域火焰面模型(MRF)思想,发展得到了适用于超声速条件的部分预混火焰面模型。以碳氢燃料超声速双燃烧室结构作为验证算例,采用k-ωSST湍流模型、部分预混火焰面模型和乙烯(C2H4)的28组分72步化学反应机理对超声速湍流燃烧流场进行了数值研究。计算结果与实验数据吻合良好,验证了模型的准确性。加权系数计算结果表明,在中心剪切层和下壁面附近区域流场主要由预混燃烧控制,而其他大部分区域则由扩散燃烧控制。     

箔片结构库伦摩擦效应对径向箔片轴承特性的影响

基于有限元法建立波箔型气体径向轴承箔片结构的库伦摩擦模型,通过改变平箔片与波纹箔片之间以及波纹箔片与轴承座之间的摩擦因数,对比分析了在各种载荷分布条件下波纹箔片库伦摩擦模型与文献中线性弹簧模型的刚度特性,研究了库伦摩擦效应对波纹箔片刚度特性的影响规律.在此基础上,运用有限单元法和有限差分法求解雷诺方程和气膜厚度方程,研究了在两个工作转速下气体波箔片轴承中截面处最小气膜厚度随轴承承载力的变化规律以及承载力随偏心率的变化规律.通过数值仿真对该模型、文献中线性弹簧模型和刚性表面气体轴承进行对比分析,并把气膜厚度分布与文献结果进行了对比.结果表明:箔片的库伦摩擦力在一定程度上增大了波纹箔片的刚度,并且随着摩擦因数的增大其刚度以及两端固定的波纹箔片个数也增加,使得箔片轴承表面变“刚”,因此轴承静特性更趋于刚性表面轴承,此外当轴承承载力一定时,箔片摩擦因数越大轴承的最小气膜厚度越小.      

雷达专家系统目标识别和红外图像目标识别的D-S融合

本文从雷达专家系统目标识别和红外图像目标识别算法分别得到带识别目标所属类别的基本概率分配函数。用D-S证据理论将得到的两个基本概率分配函数组合,最终实现了机载雷达和红外成像传感器的数据融合。仿真表明:融合后的识别效果要比单个雷达或单个红外传感器的识别效果要好得多。     

应用在滚动框架导弹上的自由陀螺红外传感器

滚动框架导弹（RAM）为美国和德国海军提供了快速反应、攻击力强的武器，用于防御反舰导弹（ASM）譬如：Exocet和SSN-22。RAM由被动射频（RF）和红外（IR）传感器组成，能跟踪和反击辐射和非辐射威胁。RAM导弹的快速反应与“打过就忘”的特征相结合就能保护舰不受ASM的密集袭击。在单个或多个威胁下反击仿真和实时ASM时，RAM具有很高的精确度和很强的可靠性。RAM有几个独特的设计特征。RAM将一个在飞行中静态控制的滚动框架和由单个控制面和一个闭合回路自动驾驶仪得到的机动性结合在一起。一个装有射频干扰仪的弹体只有两个前向天线，在滚动周期内得到目标信息的两个平面。把红外传感器装到一个自由陀螺寻的器上，此自由陀螺寻的器同时也作为弹体解耦的惯性参考。这个红外传感器有一个80元线阵，此线阵利用自由陀螺自旋和导弹滚动产生出一个精确惯性参考的红外图像。在不同海上环境下，此红外传感器进行实时捕获和识别目标。本文主要讲述红外传感器。     

基于二维厚板模型的波箔片轴承静特性

建立平箔片的二维厚板有限元模型,运用有限单元法和有限差分法耦合求解Reynolds方程和气膜厚度方程,研究了在两个工作转速下气体波箔片轴承在中截面和边缘处最小气膜厚度随轴承承载力变化规律.通过数值仿真对该模型、一维梁模型、二维薄壳模型和文献实验数据进行对比分析,结果表明:在轴承中截面处,3个模型的最小气膜厚度仿真结果都与实验结果符合得很好,但在轴承边缘处,由于二维厚板模型考虑了平箔片的剪切效应,因此其最小气膜厚度比二维薄壳模型的结果更接近实验值,而一维梁模型只考虑轴承圆周方向,因此不能体现气膜厚度沿轴承长度方向的变化规律.通过研究,为分析箔片轴承动力学特性奠定了理论基础.      

Experimental and numerical study of chaff cloud kinetic performance under impact of high speed airflow

To solve the kinetic and diffusion problem of surface-type infrared decoy, multi-chaff kinetic models are established and chaff cloud holistic kinetic performance are analyzed under the impact of high speed airflow in this work. Chaffs rotate rapidly during the motion under the impact of high speed airflow. The rotation speed is correlated with lift, position of pressure center and aerodynamic damping. Computational Fluid Dynamics (CFD) is used to compute the aerodynamic coefficients of chaff. It is found that there exists serious aerodynamic interference which mainly relates to the overlapping area and distance among chaffs during the diffusion of chaff cloud. The chaff wind tunnel test and rocket sled experiment are carried out to verify the credibility of the models in this work. Then, the variation of chaff cloud expectation and extremum are analyzed to achieve the holistic kinetic and diffusing performance of chaff cloud. Simulation results demonstrate that the chaffs diffuse rapidly under the impact of high speed airflow and chaff cloud can be formed rapidly within 0.5?s. The shape of the chaff cloud is similar to cone that forms a certain angle with the horizontal plane and most chaffs focus on the second half.     

超高温NiAl合金锥形薄壳件制备成形一体化新工艺

针对NiAl合金板坯制备及板坯成形锥形薄壳件存在的材料流动及组织性能控制困难的问题,提出了一种制备成形一体化新工艺。该工艺是将塑性成形和反应合成在同一工步中,即先将Ni/Al叠层箔置于模具中进行塑性成形,随后对成形的Ni/Al叠层箔原位加热加压反应合成NiAl合金薄壳件。采用三维扫描仪及Geomagic Studio/Qualify对锥形薄壳件的形状精度进行了分析,采用扫描电子显微镜( Scanning Electron Microscope, SEM )和电子背散射衍射( Electron Backscatter Diffraction, EBSD )技术对其微观组织进行了表征,并对构件的高温力学性能进行了测试。结果表明,采用该新工艺制备的锥形薄壳件成形效果良好,整体型面偏差尺寸在±0.1 mm以内;构件沿轴截面壁厚平均偏差为0.012 mm,沿横截面壁厚平均偏差为0.072 mm,构件轴截面壁厚分布均匀性及组织成分均匀性高于横截面。构件高温力学性能稳定,1000 °C时平均屈服强度为77.8 MPa,平均抗拉强度为82.6 MPa。NiAl合金构件的微观晶粒形貌与Ni箔的初始热处理状态及Ni/Al箔的初始厚度有关,未退火的Ni箔将延缓粗晶区晶粒的长大,减小初始箔材厚度可实现晶粒的进一步细化。     

径向间隙及加工工艺对气体箔片轴承性能的影响

为了分析轴承的加工工艺和径向间隙对轴承静态、动态性能的影响,设计搭建了静态、动态实验台,利用改变轴颈尺寸的方法研究不同径向间隙对气体箔片轴承(GFB)静态性能和动态性能的影响,还分别研究了不同波箔弹性结构、不同箔片材料和不同波箔热处理方式等因素对轴承性能的影响.结果表明:随着径向间隙减小,气体箔片轴承静刚度及其动态结构刚度增大,其等效黏性阻尼随着径向间隙的减小,出现先增大后减小的趋势.在工艺上箔片材料及波箔弹性结构对轴承性能的影响起重要作用.     

航空拖曳诱饵系统机动过程缆绳张力仿真

为解决航空拖曳诱饵系统研制过程中拖曳缆绳强度设计问题,对拖曳诱饵系统机动过程缆绳张力进行了仿真研究。仿真中建立了缆绳的质量弹簧阻尼模型和诱饵弹的六自由度动力学模型,研究了直线加速和机动转弯2个典型飞行动作中缆绳受力情况,分析了载机加速度、飞行高度、缆绳弹性模量、缆绳直径等因素对缆绳张力的影响。结果表明：缆绳中张力大小不仅与诱饵弹、缆绳的气动阻力、重力有关,还与它们的惯性力有关;由于张力在缆绳中传递存在时滞性,机动过程中缆绳张力存在波动现象,波动的剧烈程度与载机加速度、缆绳弹性模量、缆绳直径有关;机动转弯过程中,缆绳会承受一个较大的峰值应力,该应力随着转弯角速度的增大而增大。     

组合结构对多层反射纳米材料高温隔热性能的影响

以超薄纳米隔热材料为间隔物、金属箔为反射层制备了多层反射纳米隔热材料,通过改变隔热材料的组合结构测试其隔热效果.结果表明:在研究范围内增加不锈钢箔层数、将不锈钢箔放置在低温区或在低温区用铝箔替代不锈钢箔都对隔热效果有利;测试温度高时隔热效果更好.     

突扩燃烧室低频燃烧不稳定形成机理分析

突扩燃烧室在一定的工作条件下会出现燃烧不稳定现象。采用实验和数值模拟的方法对突扩燃烧室形成低频燃烧不稳定的机理进行了研究。通过实验研究发现突扩燃烧室压强振动过程中纵向振型占主导地位,但其振动频率并不与声学频率一致。建立了适合分析燃烧不稳定的多步化学反应动力学与大涡模拟耦合的数值分析方法,对实验发动机开展了非稳态数值模拟,获得了低频燃烧不稳定形成演化的详细过程和流场结构。实验和数值计算表明突扩截面形成的旋涡脱落,以及旋涡在燃烧室内的运动过程中引起燃烧面积、局部当量比和热释放率的脉动是激发低频压强振动的主要原因。压强振动引起上游速度脉动,进而形成旋涡脱落。大尺度旋涡在燃烧室内的运动又会引起热释放率的大幅度脉动,反过来又会促进压强振动。振动频率是由压强波和旋涡运动特征时间共同决定的。     

复合固体推进剂燃速模拟计算数值方法研究

本文以改进的BDP燃烧模型为基础,叙述了燃烧速度计算的多种数值方法.对扩散火焰的模拟采用了精确求解与简化公式.结果表明,精确计算的程序对燃烧压力范围和氧化剂粒径大小可任一选取,并可以提高计算精度,而用简化近似计算仅对较大粒径的氧化剂和较高燃烧压力才是有效的.     

超声速燃烧数值模拟中的湍流与化学反应相互作用模型

高精度数值模拟有助于理解超声速湍流燃烧中湍流与化学反应的相互作用,可为发动机燃烧室等工程应用设计提供可靠的预测模型。除直接数值模拟外,目前在湍流燃烧应用中使用的大涡模拟和雷诺平均Navier-Stokes模拟均需要借助模型模化发生在湍流小尺度上的流动与化学反应过程对湍流大尺度运动的影响。现有的湍流与化学反应相互作用模型大致可分为:火焰面类模型和概率密度函数类模型,2类模型在不同的应用中各自具有优势和局限性。此外,现有模型大都基于低马赫数燃烧,而超声速燃烧中通常会伴随快速混合、局部熄火和再着火以及激波等复杂过程,这为发展其中的湍流与化学反应相互作用模型提出了更多的挑战。