Absolute Electron Density Measurement Techniques in Hypersonic Wakes

New techniques have been evolved for the application of Langmuir probes to the measurement of electron densities in the wakes of hypersonic projectiles flown in ballistic ranges. These techniques concern probe cleanliness, minimization of flow disturbance, minimization of reflected shocks, and the effect of plasma potential. Electron density level estimates obtained with the probes in sphere wakes were in good agreement with electron density estimates derived from simultaneous measurements with a microwave interferometer.     

In-Flight Mass Measurement of Small Fragments and Projectiles

Penetration and cratering studies at hypervelocities make use, primarily, of light gas guns and explosive devices to accelerate projectiles for the impact study. The highest velocities achievable to date with other than micron-sized projectiles are obtained from explosive accelerators (shaped charge) or modified light gas guns incorporating a third stage. Such devices produce one or more randomly shaped particles of undetermined mass; and meaningful impact studies at very high velocities require a method of accurate measurement of the mass of a small fragment after acceleration but before impact. An experimental technique for mass measurement, which is simple in concept and operation, has been developed and demonstrated. A high-speed flash X-ray system is used to photograph the projectile or projectiles in flight. A theoretical treatment utilizing the X-ray mass absorption coefficient of the projectile material, and the linearity of the film density as a function of the logarithm of the exposure, is used to demonstrate that the density change over a finite area of the film is directly proportional to the mass in the path of the X-ray beam. The measurement is independent of ``blurring' due to the finite exposure time and tumbling of the projectile. Analysis of the exposed film can be conducted in a few minutes and requires only the measurement of average density at five or six positions on the film. Independent measurements of the masses of all projectiles in the field of view are possible. The demonstrated accuracy of the technique is better than ±5 percent.     

内埋式弹舱流场特性及武器分离特性改进措施

为改善内埋弹舱的流场特性以及内埋武器分离特性,采用在弹舱前缘悬细金属条的方法对弹舱流场进行流动控制,并在高速风洞中进行了试验研究。通过分析舱底静态压力试验结果以及脉动压力试验结果,研究了武器模型处于不同分离位置时流动控制对弹舱流场特性的影响;通过测量武器模型力和力矩,研究了流动控制对武器分离特性的影响。研究结果表明：武器模型处于不同分离位置时,该流动控制方法对弹舱底部静态压力分布以及总声压级分布的影响是相似的;当弹舱的流场类型为过渡／闭式穴流动时,采用该流动控制措施能有效降低舱内的静态压力梯度,并能有效改善武器的分离特性;当弹舱的流场类型为开式穴流动时,采用该流动控制措施能有效抑制舱内产生的气动噪声。     

基于周期平均的固定翼双旋弹弹道修正方法

针对一种滚转稳定的固定翼双旋弹,提出了一种平均控制力大小可调节的弹道修正方法,并据此设计了该弹的制导与控制方法。根据固定翼双旋弹的高速旋转特性,在对其角运动方程进行简化后进行角运动分析,得到了弹体的合法向力与固定鸭舵偏转角度之间的关系,然后基于周期平均的概念提出了一种弹道修正组件以不同转速、不同振幅旋转以产生大小可控平均法向力的弹道修正方法,并通过六自由度弹道仿真验证了此方法的可行性。分析结果表明,相比于弹道修正组件固定的传统弹道修正方法,这种新型的弹道修正方法可以通过连续地控制平均法向力的大小和方向,实现固定翼双旋弹的制导与控制,消除弹道偏差,提高命中精度。     

基于声震探测技术的靶场炸点坐标测量误差分析

针对靶场试验时需要精确确定弹丸落点（终点）坐标的问题,提出一种声震波联合定位方法,该方法具有监控范围大、不受自然条件影响、能发现未爆弹、性价比高、反应快等特点。该方法按照一定的阵形布设传感器,依据弹丸爆炸时产生的声波（或是未爆弹落地产生的震动波）到达各传感器的时间差,采用TDOA（TimeDifferenceofArrival,到达时间差）方法对弹丸落点坐标进行计算。具体阐述了TDOA方法的定位原理,并给出了整个测量系统的组成,简要叙述了整个测量系统的部署方案;采用GDOP（GeometricalDilutionofPrecision,几何稀释精度因子）方法分析了定位误差的主要影响因素,并对各种影响因素带来的误差量进行了详细分析与计算;最后采用本文设计的测量系统针对大口径火炮弹丸终点坐标的测量在靶场进行了试验,试验结果与理论分析的误差较一致,定位精度满足测量的要求。该方法满足靶场快速测量的要求。     

航天器分裂体或抛射物的轨道形成和演化

由卫星和碎片爆炸或相互间碰撞所产生的分裂体,或由在轨航天器向外抛射所产生的抛射物,对空间环境的影响正日益增大。对它们轨道形成和演化的研究可以为分析空间解体事件提供一种有效方法。本文利用Kep-ler运动积分以及受摄二体问题的分析解,建立了分裂体或抛射物的轨道形成及其演化与分裂或抛射速度之间的关系,从而为理解以各个方向、不同大小的速度分裂或抛射的物体的轨道演化特征提供理论依据。文章最后通过数值验证表明了该方法的有效性。     

Minimizing Effects of Reflected Shocks in Ballistic Ranges

Shock waves originating from hypersonic projectiles flown in ballistic ranges and subsequently reflected from the range walls have been found to produce undesirable effects on the measurements of projectile wakes. This paper reports on the mechanisms through which reflected shock waves perturb the wake, the design, and installation of full-scale fiberglas wedge shock attenuation treatments, the design of equipment for minimum shock reflection, and the results of measurements of the performance of the treatment.     

不同攻角条件下偏转头弹箭流场与气动特性

基于DES（detached eddy simulation,分离涡模拟）方法及AUSM（advection upstream splitting method,对流迎风分裂方法）格式,对不同偏角的偏转头弹箭在非零攻角下的超声速流场和气动特性进行了数值模拟.结果表明:在非零攻角情况下,与常规弹箭流场相比,偏转头弹箭头部迎风面激波更强;而当有效入射角相等时,即使弹箭的攻角不一样,其头部流场结构仍相同,且尾翼流场基本不受头部偏角影响.另外,由气动力系数变化曲线可知,偏转头弹箭具有良好的纵向静稳定性,且升力系数随攻角的增长率大于阻力系数,即升阻比大于常规弹箭,因此适当增大攻角可以提高偏转头弹箭的气动特性.      

长杆弹侵彻新型复合装甲数值仿真及研究

应用有限元计算程序AUTODYN模拟了由爆炸反应装甲和陶瓷复合装甲组成的新型复合装甲在长杆弹斜侵彻作用下的侵彻过程。根据长杆弹与爆炸反应装甲和陶瓷复合装甲的作用现象,研究了长杆弹对新型复合装甲的侵彻机理以及两者在各时刻的作用规律。所得结论对进行其他复合装甲抗长杆弹侵彻的研究具有一定的参考价值。     

大口径远程榴弹气动力-外弹道综合优化设计

在大口径远程榴弹设计中,在保证弹丸具有足够的威力,飞行稳定性和发射强度的前提下,使弹丸具有最大射程是一个很有意义的问题。本文给出了大口径远程榴弹气动力一外弹道综合优化设计数学模型,本文还首次涉及了底部排气弹外形优化问题。     

超声速燃烧室凹槽动态特性试验研究

为研究超声速燃烧室中凹槽火焰稳定器的流动特性,对来流马赫数2.0条件下各种构型的凹槽流场进行了试验研究。得到了不同几何构型凹槽流场的纹影结果,采用动态压力传感器研究了凹槽流场的频谱特性,计算了凹槽流场自激振荡压力的均方根,并将试验结果和Rossiter经验公式预测结果进行了对比。     

固定翼双旋弹动力学分岔特性分析

针对一种滚转稳定的固定翼双旋弹,对其非线性动力学进行了分岔特性分析,并在此基础上研究了各系统参数对其动力学分岔特性的影响。根据固定翼双旋弹非对称的特点,通过数值计算方法研究其飞行过程中平衡点随同向鸭翼安装角的变化规律,通过系统的分岔图得知系统具有三组稳定平衡点,其中只有一组平衡点为理想可行的稳定平衡点,因此需限定同向鸭翼安装角的范围以使固定翼双旋弹保持稳定飞行。在此基础上针对固定翼双旋弹弹道修正组件周期旋转和转角固定两种工作模式,通过各系统参数下的系统分岔图总结了固定翼双旋弹结构及气动力参数对其动力学系统分岔特性的影响。仿真结果表明,固定翼双旋弹的各气动力参数及飞行速度均对系统的分岔特性具有较大影响,应合理选定这些系统参数以使其具有良好的气动特性。     

Range Instrumentation Radars

The history of range instrumentation radars begins at the end of World War 11, with the SCR-584 radar. Since then, the use of instrumentation radars on ranges all over the globe has expanded greatly to gather metric performance data on aircraft, projectiles, missiles, and satellites. In this paper, key subsystem-level and system-level developments during the past decade are reviewed, including pulse-Doppler, digital range systems, calibration techniques, computer usage, and dualfrequency systems. Recently developed instrumentation radars from domestic and foreign sources are described as are three unique high-power large-aperture systems used for satellite and ballisticmissile measurements. The paper concludes by examining the likely requirements for instrumentation radars of the future.     

末端敏感弹外弹道分析及其三维图形仿真

在分析末端敏感弹外弹道过程中,引入了仿真技术,该技术充分采用了定量和定性相结合的武器论证思想,为帮助决策者分析和论证末端敏感弹综合指标提供科学的理论依据。本文首先应用蒙特卡罗分析法建立了外弹道随机模型,在此基础上设计了图形空间变换数学模型,并采用面向对象技术设计图形仿真系统,最后基于OpenGL实现了一个有效的可视化仿真实验平台,实验结果表明,该图形仿真有效地反映了弹道动态情况。     

弹头形态对点阵金属陶瓷夹层结构侵彻效能的影响

提出了一种由金字塔型点阵金属骨架、陶瓷棒、环氧树脂胶结剂、金属面板及背板所组成的复合材料结构模型。基于有限元法,在实验验证数值方法有效性的基础上,模拟研究了该型复合结构对三类钢制弹丸(平头、球头和锥头)的抗侵彻机制。对比分析了弹靶模型各子结构的失效模式、吸能效率、弹丸的塑性变形、弹道特性、速度及加速度等变化规律。结果表明:弹头形态对复合靶板的破坏形态和吸能特性有较大影响,平头弹丸和球头弹丸对靶板主要产生冲塞破坏,达到峰值加速度的时间较短;而锥头弹丸主要表现为刺穿扩孔型破坏,达到峰值加速度的时间较长,侵彻效能最高。在弹体高速侵彻靶板的过程中,由于金属骨架的剪切扩孔和塑性变形、陶瓷棒的断裂破坏以及金属面板与背板的塑性变形,使得该型防护结构的抗侵彻能力得到了显著提高。     

基于欧拉角的炮弹位姿参数光学测量解析算法

炮弹空间位置和姿态参数的解算是研究其飞行弹道特性和弹道控制的非常重要的内容。利用4个已知空间坐标的非共面控制点,通过建立控制点的过渡坐标系,提出了一种基于单目视觉,采用欧拉角直接参与计算的炮弹位姿参数的测量方法,建立了位姿参数测量的误差修正模型。最后对该算法进行了完整的数学仿真。仿真结果表明,该算法简单有效且稳定,能满足位姿参数测量的精度要求。     

直接供气预旋转静系流动和换热数值模拟

采用CFD商业软件FLUENT分别从维度模型和湍流模型两个角度对接近真实的高压涡轮旋转盘腔进行数值模拟,研究了一种直接供气预旋转静系旋转盘腔模型内的流动和换热特性.通过计算研究发现:低位腔内的流动仅由中心入流控制,二维计算不能反映高位腔内中心入流与预旋入流的掺混;二维和三维计算所得的腔内压力分布相似,实验值介于两者之间;主盘面的换热主要受中心入流控制,二维和三维计算差别不大,Realizable k-ε湍流模型在定性和定量上均能更好地反映换热实验结果.      

同轴型微波等离子推力器磁场效应

在2.45 GHz同轴型微波等离子体推力器中加入磁场可以提高推力器的性能。这是由于磁场的存在,在推力器启动阶段会形成电子回旋共振区;稳定工作时,等离子体获得的焦尔热比没有磁场时高,这些都增加了等离子体吸收的微波能量。以氩气为工质,对外加磁场微波等离子推力器进行了实验研究,结果表明,推力器可以达到较高的耦合效率。对等离子体羽流的诊断则表明,外加磁场提高了推力器谐振腔内工质气体的电离度。     

Detection of Projectiles by Electric Field Measurements

A number of various physical mechanisms cause aircraft, missiles, and projectiles to he electrically charged during free flight. The electric charge is in the 10-6 C range for aircraft and in the 10-10 C range for projectiles. The electric field thus transported provides information by which measuring the position and velocity of a projectile is possible. A measuring device is described to determine the position of a projectile in free flight while it is passing a target plane. The electric field distribution is measured by means of three electrodes in the manner of metal plates which are positioned in the proximity of the trajectory of the projectile. A mathematical formula can be derived to describe the coherence between the values measured of the electric field strength and the coordinates of the projectile. This measuring device consists of the target plane, 1 × 1 m2 in size, and the electric device controlled by a microprocessor. The measuring system has been tested with projectiles of the 4-30 mm caliber range and at velocities within the 50-1100 m/s range. The accuracy of the coordinates measured was found to be ± 7.5 mm.     

凹腔双驻涡稳焰冷态流场初步研究

驻涡燃烧室凹腔内流场对其燃烧性能有重要的影响,为了找出凹腔流场的特性,使用数值和实验两种手段对凹腔内双驻涡稳焰冷态流场进行了初步研究。研究结果表明:在主流速度和凹腔前壁面吹气速度一定的情况下存在一个最佳的后壁面吹气速度使得凹腔内的流场稳定,以满足先进燃烧室所期望的条件。研究成果初步确定了凹腔双驻涡稳焰冷态流场特征,并为开展热态研究打下基础。