"金属风暴"武器发射动力学建模与仿真

射击精度、发射安全性和动态设计手段缺乏是制约"金属风暴"武器发展的难题.基于多体系统传递矩阵法,从弹、炮、药武器系统的角度,建立了"金属风暴"武器多刚柔体系统发射动力学模型和发射动力学方程,解决了"金属风暴"武器固有振动特性计算和动力响应分析难题.编制了"金属风暴"武器发射动力学仿真程序,仿真得到了振动特性、内弹道、膛内运动、动力响应、射击密集度等,建立了武器动态性能与系统总体参数间的定量关系.研究结果为解决制约"金属风暴"武器发展的难题,为"金属风暴"武器动态设计、改进和性能提高提供了理论依据与技术手段.     

热发射过程中发射箱蒙皮力学性能损伤与试验研究

文中选择大、中、小3种典型结构尺寸的发射箱,利用计算流体动力学（Computational fluid dynamics,CFD）仿真软件Fluent对发射箱蒙皮表面在导弹发射过程中的力、热环境进行了仿真分析。以铝合金材料为例,对发射箱蒙皮材料在燃气流环境中力学性能损伤情况进行了烧蚀试验研究。研究结果表明,随着烧蚀时间延长,铝合金材料力学性能损伤存在一个突变点,在1.5 s内下降不明显,但是当烧蚀时间延长至2.0 s时,力学性能急剧下降至0。该研究结果为铝合金发射箱轻量化设计、热防护设计和使用次数设计等提供了数据支撑。     

风洞虚拟飞行试验模拟方法研究

风洞虚拟飞行试验是把飞行器模型安装在风洞中具有三个转动自由度的专用支撑装置上,让三个角位移可以自由转动或者按照飞行器的飞行要求实时操纵控制舵面,来实现较为逼真的模拟飞行器真实机动运动过程,进而达到探索其气动/运动耦合机理的目的.发展风洞虚拟飞行试验,其模拟方法是必须要解决的核心理论问题.针对某典型导弹,开展了铅垂平面内三自由度俯仰运动的开环控制和闭环控制飞行仿真模拟,分析了风洞虚拟飞行试验和真实飞行之间的主要差异及其影响,研究了风洞虚拟飞行试验的模拟方法.结果表明:对铅垂平面内的三自由度俯仰运动,采用俯仰角速度反馈的经典三回路自动驾驶仪闭环控制方式,风洞虚拟飞行试验能够较为逼真地模拟真实飞行过程.     

可变阻力特征对锥套拖曳位置的影响

为了突破传统空中加油稳定伞对于加油机飞行速度和高度的限制,业内提出了可变阻力特征稳定伞的概念。本文分析了阻力特征变化对于加油锥套拖曳位置的影响,对一类可变伞撑角的变阻力特征稳定伞进行CFD数值模拟,得到了不同伞撑角下稳定伞的阻力随速度和高度的变化趋势。对加油软管进行离散建模,计算了软管拖曳形状。结果表明,通过改变伞撑角可以有效调节稳定伞的阻力特征,控制锥套的下沉量,验证了可变阻力特征稳定伞的可行性,拓宽了传统稳定伞适用的速度和高度范围。     

圆柱-球体三自由度超声电机及其控制

研制了一种一阶纵振和二阶弯振模态组合的圆柱-球体三自由度超声电机。研究了其中两个自由度的运动轨迹跟踪控制策略,并将其应用于电机样机的控制。其中,运转速度的控制采用激励电压幅值调节法,针对位置控制提出了两种运动轨迹控制策略一种是逐点比较控制,另一种是矢量分解控制。本文提出了调节激励电压幅值的3种脉冲宽度调制(PWM)方法,对这些方法作了比较,并通过一系列实验得到验证。结果表明当改变激励电压幅值时,保持3个振动模态的相位差不变和激励电压信号不失真,是简化控制过程、提高控制性能的关键;矢量控制法效果较好,并有轨迹跟踪误差小、运动平稳和噪声小等优点。     

基于滚动时域控制的寻的导弹末制导律研究

针对近距机动目标的拦截，设计了基于滚动时域控制的寻的导弹末制导律。本导引律在最优导引律(0PG)研究成果基础上，采用滚动时域控制技术，将追踪过程分为若干有限时域的追踪，并在每个时域内，将追踪过程视为初始条件不断更新的非机动追踪模型，进行最优追踪制导，反复进行直到截获目标。它无需知道目标的未来运动轨迹，能有效追踪拦截机动目标，克服了OPG要求完全知道目标未来运动轨迹的应用条件限制，并且简化了计算。仿真研究表明，该导引律性能优于TPN，APN，接近OPG。该导引律算法简单、有效，切合实际，可为工程应用提供参考。     

CO2中速度5~7 km/s自由飞圆球流场参数的实验测量和数值模拟

为研究火星进入条件下的非平衡流动特性，在中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所弹道靶上测量了CO₂中针对火星探测器进入速度范围5~7 km/s条件下的自由飞圆球的激波脱体距离。实验数据基于阴影法测量，并将其与数值计算结果进行对比，进一步计算了实验流场温度和组分分布等流场参数。一般认为激波脱体距离随来流速度升高而呈单调减小趋势，但研究结果表明:实验状态下，圆球飞行速度约5.5~7.0 km/s的范围内，圆球激波脱体距离随飞行速度升高而增大；采用Park的双温度非平衡模型和5组分6反应的CO₂化学反应动力模型可基本再现本文自由飞圆球激波脱体距离的实验测量数据；根据计算结果推测，本实验状态下自由飞圆球波后靠近激波一侧区域的流场主要处于热化学非平衡状态；当来流速度在约5.5~7.0 km/s的范围内时，流场组分CO开始发生显著离解，是引起圆球激波脱体距离在该速度范围内随速度升高反而增大的可能原因。     

空腔噪声的马赫数敏感性研究

敏感度分析在评估参数的重要程度以及计算不确定度方面具有重要作用。通过风洞试验开展了亚跨超声速下的空腔噪声马赫数敏感性研究。亚跨声速下，通过调节调压阀的开度改变马赫数，马赫数名义增量为0.010。超声速下，通过改变模型迎角实现马赫数的连续变化，迎角增量为1°。利用总压耙测量空腔入口马赫数。结果表明:空腔后部测点脉动压力系数在亚跨声速下随着马赫数的增加而增加，而在超声速下随着马赫数的增加而减小。跨声速下，脉动压力系数对马赫数的敏感性导数最大。不考虑模态切换的情况下，不同速域的主导声模态St对马赫数的敏感性导数均为负数。主导声模态谱峰在亚声速下随着马赫数的增加而增加，而在超声速下随着马赫数的增加而降低。敏感度研究结果不仅可用于内埋武器舱气动噪声载荷的不确定度评估，也有助于更好地认识空腔噪声特性。     

一种功率因数校正电路的分析与实现

介绍了一种用普通开关电源专用集成电路控制块作为控制电路，以升压式变换器作为功率电路的功率因数校正电路。该电路的输出直流电压经采样、误差放大作为电流基准，将Ｂｏｏｓｔ功率开关电流与电流基准比较，当功率开关电流瞬时值小于电流基准时，用专用ＩＣ发出的给定宽度脉冲驱动功率开关；反之，将提前关断功率开关。当负载变化时，电流基准也变化，从而保证了输入电流波形跟踪输入电压波形和输出电压的稳定。本文提出了该电路输入电流的计算方法，编制了分析程序，分析了输入电流的谐波含量，并计算了电路的输入功率因数。得出了在占空度为０．５时获得最大功率因数的条件，提出了获得最大功率因数时电路参数选择的一般原则。同时指出了该电路符合ＩＥＣ５５５－２标准的功率范围。     

平面图形三角形网格的一种自动生成方案

本文对由若干个标准块串联组成的复杂平面图形提供了一个网格全自动生成方案。标准块分四边形和三角形两种。标准块的串联边是直线段,非串联边可以是直线段也可以是曲线段,因此它适用于常见的复杂平面图形,特别适用于再入飞行器端头温度场及热应力计算、发动机喉衬的温度场及热应力计算、大型压力容器颈口区应力分析等,在标准块内采用二次等参变换的方法来确定各节点的坐标值。本文提供的方案的主要优点是:第一、简单方便、只需把平面图形划分为几个标准块并输入与各标准块有关的少数信息就够了。不需人工预先划分单元和对节点作编号,因此它是全自动的。第二、当需要加密单元时,所有标准块的有关输入信息全部不变,只需改变单元控制边长一个数据就够了。因此对研究解的收敛情况特别方便。以上两点是许多通用程序(如SAP-6、7)采用的方案所不能做到的。第三、由于对标准块采用二次等参变换,因此边界模拟精度较高,能准确模拟任意直线段和二次抛物线段,对圆弧和椭圆弧段也能做到相当准确的模拟。第四、单元形状能较好地满足有限元法的要求,节点编号比较合理,即形成的总刚度矩阵带宽最小,要求计算机内存少和计算工作量小。本文提供的全自动网格生成方案与作者于今年6月完成的外载矢量信息的自动生成(在标准块的非串联边界上采用一维二次插值)和节点温度的自动插取(采用二维线性插值)结合在一起使得平面问题和轴对称物体有限元的算前准备工作变得十分简单。     

无人机气液压弹射装置的关键系统设计

无人机气液压弹射起飞是国际上一种先进的无人机发射技术。无人机气液压弹射装置是由许多关键系统组成，其中包括气液压能源系统、滑轮增速系统、滑行小车系统、卸荷控制系统、缓冲吸能系统等等，本文对几个关键系统的设计作了详细的介绍和讨论。本文的研究成果已成功应用于某型无人机系统的研制，也可为其它高速运动机械的设计提供新的思路和方法。     

对某型航空发动机参数的调整分析

分析某型发动机部件对有关性能参数的影响和调整机理,针对因部件效率下降较多引起的性能参数不能同时符合技术要求的问题进行分析,提出适当减小喷管喉部截面面积最小液压限制值来进行调节,使之符合技术要求。     

巡航导弹中制导阶段航迹规划算法

巡航导弹作为一种精确打击武器在现代战争中发挥着越来越大的作用。文中总结了飞行器航迹规划算法和地面防空威胁的建模方法,并结合巡航导弹自身特点提出了新的航迹规划算法。该算法在动态规划思想的基础上通过动态调整各个惩罚因素之间的比例关系,解决了巡航导弹在威胁条件下优先规避威胁区域和充分利用局部地形信息寻找地形掩护飞行的要求,生成了满足巡航导弹中制导阶段的要求航迹规划结果。经过实验仿真证明,该算法具有收敛速度快和计算量较小的优点。     

轻质穿透式薄膜盖的分析、设计与实验研究

穿透式导弹发射箱薄膜盖的研制是导弹运载工具轻质化的一部分，由于其一方面需能承受一定的压力，即需具有足够的强度，另一方面又要求顶破力较小，而这两个要求是互相矛盾的。本文通过有限元仿真计算，确定了满足这两项要求的方案。然后研制了实物，进行了实验验证，设计分析的结果与实验结果吻合。本文的研究为轻质穿透式薄膜盖的研制和应用提供了方法和依据。     

高焓超声速载气的产生

为确保氢和氧稳定、完全地燃烧 ,采用临界喷管控制氢氧的质量流率 ,以及同轴环向的预混方式。实验结果表明 :改变氢氧质量流率或尾喷管临界截面积可调节燃气总压 ,建成结构简单且造价低廉的高焓水蒸汽发生器。     

高温燃气引射系统对接试验验证

引射系统是化学激光器排气系统的核心组件。为提高排气系统引射效率并适应小型化、经济性等要求,提出一种采用燃气发生器产生高温燃气的引射气源方案,建立了"基于航空发动机单喷嘴燃烧室结构的燃气发生器+两级超声速引射器"组合的引射系统试验平台,开展了燃气发生器独立热试车,并实现了与引射器的对接试验。结果表明:燃气发生器点火可靠,运行稳定;在高温燃气的引射作用下,引射器启动迅速,工作平稳,各项性能指标优于设计值;引射燃气温度一定范围内的变化基本不影响引射器工作性能。相关研究结果可为引射系统方案设计及选取提供参考。     

超声速喷管起动过程激波结构演化特征

通过改变进出口压比,对马赫数2.7的二维对称拉瓦尔喷管流动进行了试验研究,给出了超声速喷管起动过程中的激波结构演化特征。在试验过程中,固定喷管喉道出口面积比,改变喷管上下游压比,使喷管起动激波从喉道发展到喷管出口处,逐渐过渡到设计工况。在起动激波向下游发展的过程中,喷管内流动经历了教科书上给出的理论过程:喉道正激波、扩张段内正激波、喷管出口马赫反射、喷管出口规则反射、设计工况等;但由于附面层的存在,每一个过程与无粘情况下的激波示意图都有所不同。比如,试验中捕捉到的激波串在向下游的移动过程中,出现的由λ型激波向Х型激波的转变,以及激波串非对称现象的出现等。基于纹影和剪切敏感液晶摩阻显示技术获得了起动激波串的首道激波的三维特征。     

马赫数连续可变跨声速湿蒸汽风洞的研制

用于跨声速气动测量的探针须从亚声速到超声速范围进行标定。变质量槽式喷管通过扩张段壁面上槽缝流出部分气流的自适应特性可在不同背压下得到不同出口马赫数,从而使标定气动探针的风洞实现马赫数从0到超声速的连续变化。为了研究采用湿蒸汽为工质的变质量槽式喷管的性能及优化其结构,采用三维犖-犛方程以及可实现犽-ε湍流模型对其进行了详细的数值仿真。结果表明收缩段型线、扩张段长度及壁槽尺寸等对喷管流场特性有重要影响,喷管进出口压比在一定范围内,槽式喷管有最优的收缩段型线、扩张段长度和开槽尺寸。根据数值仿真结果研制了马赫数从0到1.6连续可变的跨声速湿蒸汽风洞,对此风洞性能进行验证,表明该风洞在马赫数从零到超声速范围内可获得均匀、稳定的出口气流,满足跨声速湿蒸汽气动探针的标定要求。     

电弧加热高温磁流体发电地面试验研究

针对航天器未来空间飞行任务对大功率电源的迫切需求,开展了基于电弧加热的高温气体磁流体（MHD）发电地面试验研究。利用长分段电弧加热器加热氩气试验工质,模拟MHD发电所需的温度和压力条件,通过注入铯种子的方式提高试验工质的电导率,成功进行了直通式和盘式MHD发电地面试验:在磁场强度1 T试验条件下,直通式发电机最大输出发电功率达到196 W;在磁场强度7 T试验条件下,盘式发电机最大输出发电功率达到10.5 kW。本研究工作验证了磁流体发电技术的前景,为更高功率的磁流体发电机研究及空间应用奠定了基础。     

消融控制电弧等离子体发生器放电特性的实验研究

通过衬套材料消融补充等离子体从而控制电弧生长的技术具有很好的应用前景。利用一个总贮能800kJ的模块化电容基脉冲功率源系统为消融控制电弧等离子体发生器强流放电提供电能输入，在一定的参数变化范围内，实验研究了脉冲功率源初始放电参数、等离子体发生器几何参数以及消融材料对消融控制电弧放电特性的影响规律。借助于理论分析，也可定性获得消融控制电弧等离子体压力和温度对上述影响参量变化的依赖关系。