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[硕士论文] 苏瑞
兵器发射理论技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:现代冲锋枪为提高可靠性和经济性,多采用自由枪机式自动方式;为了减轻全枪质量并降低枪机撞击对武器射击精度的影响,其枪机质量不能太大,导致武器的理论射速一般都较高。较高的理论射速不仅会增加弹药的消耗,而且高速运动的枪机对武器的撞击会严重影响武器的射击精度,因此在不增加枪机质量的同时,降低自由枪机式冲锋枪的理论射速是冲锋枪设计中的一个关键问题。
  本文针对自由枪机式冲锋枪理论射频较高的问题,通过对降低射频技术措施的分析,确定了采用基于能量转化原理的射频抑制总体方案,将枪机后坐动能的一部分转换为其旋转能量,达到降低枪机运动速度和射频的目的。为确定枪机回转驱动曲线槽的轮廓曲线,利用经典动力学理论建立了不同曲线轮廓条件下的全枪动力学模型,利用UG软件建立了冲锋枪的三维模型。应用MATLAB软件和虚拟样机仿真软件ADAMS对不同轮廓曲线条件下冲锋枪的自动循环过程进行了理论计算和虚拟样机仿真模型,得到了不同形状螺旋槽轮廓曲线下枪机的速度、位移等特性曲线。
  通过对比分析不同形状的螺旋槽结构参数下的理论计算结果虚拟样机仿真结果,从运动平稳、撞击小、曲线槽磨损均匀的角度选定抛物线为螺旋槽轮廓曲线。通过对比分析不同焦距抛物线槽轮廓曲线的理论计算结果和虚拟样机仿真结果,确定抛物线槽的焦距为81/π。采用该抛物线作为曲线槽轮廓曲线,冲锋枪的射频由1197发/分降低到560发/分,且武器在射击过程中枪机运动平稳,撞击小,枪机受到的旋转加速度波动小,曲线槽和枪机凸笋受力小、磨损均匀。
  通过仿真结果及对比分析表明,采用基于能量转化的自由枪机式冲锋枪射频抑制方案,将枪机后坐能量的一部分转换为其旋转能量,通过合理选择曲线槽的轮廓曲线,可有效降低枪机的运动速度,从而达到降低全枪的射频目的,说明所确定的方案原理可行,所确定的轮廓曲线结构参数合理。本文的研究工作对新型低射频冲锋枪的研制具有一定的理论指导意义。
[硕士论文] 薛晋强
兵器发射理论技术 西安工业大学 2017(学位年度)
摘要:本文以地面监测平台软件的研究和开发为主要内容,旨在设计一款针对微小型四旋翼飞行器的地面监测软件,实现对四旋翼飞行器的状态监测、数据分析、数据存储及传感器故障检测的功能。
  本研究主要内容包括:⑴介绍了课题的研究背景及意义、四旋翼飞行器及地面监测软件的发展过程和研究现状,从中总结出地面监测软件通常所具备的功能。其次介绍了地面监测系统的整体设计方案,并从硬件设计和软件设计两方面阐述了设计思路,在Visual Studio2010开发环境下分别实现了通信控制、数据显示、数据分析存储和传感器故障检测几个子模块。然后还介绍了故障诊断的相关理论及数学基础。⑵在无线链路通信接口设计中,分别设计了无线模块NRF24L01飞控端的硬件连接方式,采用SPI接口;无线模块通过转接板地面计算机连接,采用RS232串口通信方式。然后定义了飞控端地面端的通信协议,分别定义了上行数据下行数据的数据结构,还进行了通讯消息的编码解码程序设计。⑶进行了基于主元分析的传感器故障诊断的研究,初步用于对陀螺仪传感器的故障检测。首先利用正常工作下的传感器数据建立了无故障条件下的主元模型,再将陀螺仪的工作数据导入该模型下,利用平方预估误差统计量和贡献图法判断是否工作异常,从而判断故障。通过在Quadmtor上针对陀螺仪传感器进行实验,表明基于主元分析的故障诊断方法对飞控系统陀螺仪传感器的故障检测是有效的。
[硕士论文] 庄宇
兵器发射理论技术 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:本文以二级轻气炮为工程研究背景,建立二级轻气炮的内弹道数学物理模型,并对其内弹道过程进行数值仿真和优化设计,主要研究内容如下:
  (1)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内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内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到一起,从而建立二级轻气炮发射过程的内弹道数学模型。
  (2)药室部分基本方程组选用四阶Runge-Kutta法数值求解,轻气室部分控制方程组选用二阶MacCormack格式数值求解,二者交替计算,从而实现对30mm/120mm二级轻气炮内弹道过程的数值仿真,仿真结果较好地验证了所建模型的合理性。
  (3)改变装药量、初始注气压力、活塞质量、弹丸质量、活塞起动压力以及弹丸起动压力等发射参数,分析不同发射参数的变化对二级轻气炮发射性能,尤其是对弹丸炮口初速的影响,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。
  (4)在此基础上,在药室和轻气室最大压力限制的约束条件下,以弹丸最大炮口初速为目标函数,以火药装药量、初始注气压力和活塞质量作为设计变量,建立二级轻气炮的内弹道优化设计模型。采用实数编码的遗传算法对30mm/120mm二级轻气炮内弹道进行优化设计,获得较好的优化结果。分析优化结果可知,采用遗传算法对二级轻气炮内弹道优化设计时具有良好的收敛性。
[硕士论文] 包振洲
兵器发射理论技术 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:现代战争中,随着弹箭控制系统的复杂程度日益增加,系统发生故障的概率也随之提高。控制系统的故障不仅影响了弹箭飞行的精确性和稳定性,在瞬息万变的战场上甚至会造成难以估量的损失。弹箭类飞行器飞行时间往往较短,给故障诊断和容错控制设计带来困难。本文以弹箭类飞行器为研究对象,在扰动模型建立、故障参数观测诊断、自动驾驶仪参数在线设计性能分析、故障情况下的控制分配方法优化等几个方面开展了研究工作。
  首先,针对弹箭类飞行器,建立常用坐标系,并分析弹箭所受力和力矩,建立了纵向平面运动方程,采用小扰动假设和系数冻结法得到了弹体扰动运动方程组和传递函数,建立了故障情况下弹体动力学模型,为本文下一步工作奠定了基础。
  其次,针对弹箭类飞行器舵机故障的情况,考虑到常见降维观测器对于系统模型误差等干扰较敏感,观测效果不理想,采用模型参考自适应观测器对于舵机故障参数进行观测。仿真结果表明,观测器能准确快速对观测值进行跟踪,而且对于误差的干扰能够迅速收敛,验证了该方案具有较强的快速性和鲁棒性。在此基础上,采用一元线性回归分析法对于故障参数进行逻辑诊断,给出了舵机故障类型和故障参数。
  第三,针对舵机故障下弹箭控制系统性能的影响,分析常见舵机故障对于操纵力矩的影响,进而对弹体动力学系数、弹体传递函数的影响,以及对于弹体附加干扰力和干扰力矩的情况。针对舵面故障,提出一种控制器参数主动容错控制设计算法,根据故障程度设计控制器性能指标,并给出考虑舵机故障的控制器参数在线整定算法,通过仿真验证了该算法的有效性。
  第四,针对直接分配法无法适用于舵面故障情况的缺陷,考虑到弹箭类飞行器操纵面冗余的特点,采用基排序法对控制指令进行控制分配优化。针对基底效率相同情况下舵偏分配结果跳变的情况,对基排序法做出改进,将改进的基排序法直接分配法进行比较,仿真结果表明,基排序法在故障情况下的分配结果对指令的跟踪情况优于直接分配法,验证了该方法的正确性和适用性。
[硕士论文] 陈琪
兵器发射理论技术 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:经过各国专家历经半个多世纪的不断研究努力,国内外对发射装药在膛内燃烧发生挤压破碎因而产生异常压力进而引发膛炸的机理已逐渐形成共识。发射药点燃时刻在挤压条件下产生破碎,进而增大了药粒的燃烧面积,被认为是燃气生成速率上升,膛内压力增大的重要原因。针对内弹道两相流计算中考虑药粒破碎的难题,本文进行了破碎发射装药等效形状函数的研究,介绍了国内外内弹道两相流动力学的研究成果,以及通过试验获取破碎发射药的方法及表征发射药破碎程度的方法。通过理论推导获得了破碎发射装药等效形状函数的表达式,并试验验证了破碎发射装药等效形状函数的正确性,将其应用于某坦克炮内弹道两相流动力学仿真,获得了弹底发射装药破碎程度最大膛压等参量的关系。研究成果对发射装药发射安全性的研究具有重要价值。本文的主要研究内容如下:
  (1)运用发射装药动态挤压破碎试验装置和密闭爆发器试验装置,试验模拟并定量表征发射药在挤压应力作用的下的破碎情况。
  (2)完善了破碎发射装药等效形状函数的确定方法,提出了确定破碎发射装药等效分裂时刻等效弧厚的方法,获得了破碎发射药已燃百分比燃烧相对厚度之间的关系,为考虑药粒破碎的两相流内弹道仿真计算提供了新的依据。
  (3)运用内弹道两相流理论,建立某坦克炮内弹道模型,仿真计算不同破碎程度发射药对坦克炮安全性能的影响。
[硕士论文] 谢雪腾
兵器发射理论技术 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:本文主要对不同海拔高度下爆炸冲击波的传播规律进行研究。从一维球面爆炸空气冲击波的特性出发,分析了空气冲击波的传播变化规律。基于奥尔连科提出的云爆公式,推导至高原环境,比较在不同海拔高度下的冲击波参数(超压、超压冲量、正压作用时间)以及动压冲量的变化规律,定量给出了爆炸冲击波传播特性的高原影响程度。计算结果显示,冲击波的超压峰值随着海拔高度的增加而降低,并且随着海拔高度的增加,冲击波超压峰值下降程度加剧。冲击波正压冲量随着海拔高度的增加而降低,研究发现冲击波的正压冲量随距离增大而下降程度几乎一致。冲击波动压冲量则随着海拔高度的升高而增加。正压作用时间在近场差异不大,在远场则随着海拔高度的增加而延长,固定海拔高度,正压作用时间随着距离的增大而增大。
  通过海拔200m和海拔4500m的静爆试验适用于高原环境下的修正公式理论值进行分析对比,为不同海拔高度下的冲击波毁伤元的变化规律提供了试验数据支撑,证实了高原效应对爆炸冲击波传播特性的重要性。同时运用LS-DYNA和AUTO-DYN数值模拟软件还原试验场景,再现了不同海拔环境下球形装药爆炸冲击波传播的全过程,通过数值模拟结果观察到了冲击波的绕流、拐角效应、马赫反射等物理现象。静爆试验仿真模拟的结果对比表明了数值模拟的有效性,为爆炸冲击波高原传播特性的研究进一步提高了说服力。此问题的研究对于爆炸防护及利用具有重要参考意义。
[硕士论文] 鄢章渝
兵器发射理论技术 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:传统火箭炮发射箱的设计大多依据和参考的是以往的设计经验和结构,随着火箭弹质量的大幅度提升,发射箱刚度和强度等设计问题凸显,仅借鉴现有的结构已很难满足设计要求。故本文提出了基于结构优化理论和有限元分析的火箭炮发射箱设计方法和流程。
  首先建立了满足已知设计参数的发射箱初始几何模型,考虑到实际工况下火箭弹重力和燃气射流压强对发射箱的动态作用,定义了火箭弹位于发射箱多个不同位置的有限元模型以及不同压强载荷下的有限元模型。其次以刚度最大化为目标对发射箱全部有限元模型进行了静载条件下的拓扑优化,并比较了不同制造约束对发射箱拓扑优化结果的影响。依据发射箱拓扑优化结果重新构建了发射箱新模型,并对新模型的结构性能开展了验证,结果表明新模型刚度和强度都满足要求。最后以质量最小化为目标对发射箱新模型进行了形状优化,优化后结果表明发射箱变形、应力等都在合理范围之内。
  本文探究了多个不同工况下发射箱拓扑优化后的材料分布,依据拓扑优化结果中材料的基本布局重新构建了满足设计要求的发射箱新模型,并对其进行了减重。进而总结提出了基于结构优化理论和有限元分析的火箭炮发射箱设计方法和流程,为火箭炮领域其它相关结构件的设计提供参考。
[硕士论文] SABITI AIME EMMANUEL
兵器发射理论技术 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:In this thesis, the robust fault-tolerant flight control design approaches for a small unmannedvehicle are investigated.Based on Safety, reliability and acceptable level of performance ofdynamic control systems are the major keys in all control systems especially in safety-criticalcontrol systems.A controller should be capable of handling the disturbance and uncertaintiesimposed to the controlled process.The main works are listed as follows:
  (1) Study of the actuator fault detection and isolation.Fault observer design for the UAV'sActuator System.We design a set of observer-based residuals to generate the residuals whichare sensitive to the faults, and the isolation of the faults.Scheme for the detection andisolation of actuator fault in linear systems is proposed.An unknown input observer isconstructed to generate residual signals which will deviate in characteristic way in presenceof actuator faults, in such a way the transfer from the disturbances to the residuals is zero andthe transfer from the faults to the residuals allows fault isolation.
  (2) Robust PID controller design for UAV system.Describe the PID controller design foran UAV flight control system.We will focus on these main points: pole placement theory,the control design and stability response, model reduction techniques to enhance theperformances and robustness of PID controller.The PID-based control design for UAV's flightcontrol system is used to present the control design for the attitude loop which can make theflight dynamics to track a given reference.The design scheme provide pitch design of anUnmanned Aerial Vehicle
  (3) Fault tolerant tracking control design with transient performance deals with a robust
  prescribed performance control (PPC) technique for nonlinear UAV systems with unknowndynamics and uncertainties.Prescribed performance function (PPF) is integrated into thecontrol design, such that both the steady-state and transient control performance can bequantitatively studied and strictly guaranteed.For any a priori known initial state condition,bounded signals in the closed loop, as well as prescribed performance for the output trackingerror, we propose a systematic control design procedure, where the proportional-like controlsare obtained by using the transformed tracking errors with PPF.Eventually extensivesimulations are conducted based on linear and nonlinear UAV to validate the convergenceperformance and the robustness of the investigated control method.
  
[硕士论文] 庄黎
兵器发射理论技术 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:作为一种新概念发射武器,电磁轨道炮在国际上得到越来越多的重视。脉冲功率源是电磁轨道炮的重要供能系统,其输出特性直接影响轨道电磁发射性能。在脉冲电磁武器中,获得高初速及高精度发射水平是目标之一。电容储能脉冲功率源是目前在电磁发射系统中使用较为广泛的供能装置。在电磁发射系统中,研究脉冲功率源中各参数误差对弹丸炮口初速精度以及系统发射效率的影响具有重要意义。
  首先,通过理论计算推导和电路软件仿真,分析脉冲功率源中各参数对电源输出电流的影响,包括电容器初始充电电压、电容值、电感值以及负载阻值的变化对脉冲电流峰值及脉宽的影响,得出各参数存在误差对应输出电流的误差公式。
  其次,对电枢弹丸在轨道中的受力情况进行分析,建立了电磁轨道发射系统的电路模型,分析了脉冲功率源中电容器初始充电电压、电容值、电感值等参数对弹丸炮口初速的影响,同步放电时序放电对弹丸炮口初速的影响差异以及各参数存在微小误差时对应弹丸炮口初速的精度。
  再次,对脉冲功率源中各参数对电磁发射系统效率的影响进行分析,采用电路仿真结合公式计算的方法,研究改变不同参数大小对应系统效率高低的变化。
  最后,针对某一指定弹丸发射精度,分解、优化脉冲功率源中各参数精度指标,得到最佳发射效率炮口初速。
[硕士论文] 于骐瑞
兵器发射理论技术 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:对于某倾斜发射野战火箭,因其火箭弹较重,为了减小因弹头下沉而引起的额外扰动,采用同时滑离发射技术,即在低轨火箭弹之间采用适配器进行连接。利用适配器进行发射是一种比较先进的发射技术,但在火箭炮领域中应用不多,所以本文针对该火箭炮,对其发射过程进行了详细的研究。
  建立整个发射装置的三维实体模型,经过合理的简化建立其有限元模型。根据研究内容的不同,将整个发射过程分为在轨运动阶段和适配器分离阶段进行研究。运用ABAQUS软件对在轨运动阶段各部件的力学性能及运动规律进行分析;运用ADAMS软件对适配器落点范围及分离过程中是否会火箭弹发生二次碰撞进行分析。在分离阶段研究中除了考虑风载对适配器的影响,还根据火箭炮的发射特点,加入了燃气射流载荷对适配器的作用。
  通过对在轨运动阶段分析发现,适配器平均应力为1MPa满足强度要求,高低轨有效长度及落差满足要求,适配器在推力偏心的情况下也能可靠运动。在适配器分离阶段,适配器能够火箭弹安全可靠地分离,不会发生二次碰撞。但适配器在零度方向角发射时适配器会落在炮车上,存在一定安全隐患。同时本文中采用的简化燃气射流加载方法可以为火箭系统发射动力学方面研究提供借鉴意义。
[硕士论文] 许啸
兵器发射理论技术 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:发射药的实际点火及燃烧特性,对武器的内弹道性能有着重大的影响,对于其在现代武器中的应用前景有着重要的意义。本文以此为背景对管状药内孔的点火及侵蚀燃烧过程进行数值仿真。主要研究内容如下:
  (1)通过数值计算,模拟定容条件下点火药的燃烧过程。得到燃烧过程中,整个空间内点火燃气的平均压力、平均温度以及平均密度的变化规律;为发射药内孔点火过程的模拟提供入口条件。
  (2)通过FLUENT进行仿真计算,模拟点火过程中点火燃气在发射药内孔通道内的流动参数,包括温度、压力、速度、密度等参量的分布和变化规律。考虑对流传热、辐射传热,模拟点火燃气发射药内孔间的热传递以及发射药内部的热传导;为分析发射药内孔的侵蚀燃烧过程提供基础。得到发射药内孔壁面的温度分布及变化规律,模拟结果表明,3.7ms时孔口处最先达到着火点,4.4ms时半个内孔已被点燃。
  (3)通过FLUENT模拟发射药内孔燃烧产生燃气及其流动过程;得到燃气的流动参数,包括温度、压力、速度、密度等参量的分布和变化规律。通过UDF实现燃烧面的退移,模拟侵蚀燃烧现象,观察燃烧面的位移情况。结果观察到了侵蚀燃烧现象,并且随着时间的推移发射药内孔的侵蚀燃烧现象越来越明显。
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