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[硕士论文] 李辉
机械工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:进入21世纪,随着科学技术的快速发展,液压系统具有功率质量比大、动作灵敏、布局灵活、运动平稳、易于实现自动化控制和过载保护、使用寿命长等优点,目前广泛应用于现代化制造、重型机械设备、航空航天等领域。其在机电装备上的应用,主要是完成执行机构的预定动作和功能、行走机构的转向及行驶等功能,是顺利完成各项设计功能的先决条件。在机电装备作业过程中起着至关重要的作用,使用维护经验表明开发液压元件基础数据信息化管理系统,为支撑机电装备液压设备使用管理和售后维护,快速更换损坏元件起到重要作用。
  本文针对液压系统设计和维护中液压元件数据信息的多层次、复杂结构的特点,结合液压专业技术网站的特点和功能需求,数据库采用SQL Server2005。开发基础构架为Microsoft.net Framework4.0,基于B/S结构。在SCP智慧云平台上进行配置开发,开发语言为C#、SQL、JavaScript和html。Web服务中间件为InternetInformation Services6.0或以上(IIS6.0或以上)。使用户能非常方便地操纵数据库,根据已录入维护的液压元件信息,从而方便查询和选择合适的液压元件,减少选型时间,缩短查询周期,很好地解决了液压系统元件选型比较烦琐且不直观的难题,对实现液压系统的快速、安全、可靠设计及更换具有重要意义。
  本系统为设计人员及业内人士提供一个广泛且全面的液压元件信息管理系统平台,是本系统的一大特色,使得设计人员在设计的同时充分利用网络资源,节省时间,提高效率。同时本系统具体及时消息通讯功能,使在线用户可以通过即时通讯工具进行实时沟通和发送文件,以利于在线用户之间的业务沟通和业务协作。
[硕士论文] 刘宾
电子与通信工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:弹丸以超音速的速度在空中飞行时,会产生与速度方向垂直传播的激波,可利用声传感器阵列接收这个激波,通过阵列信号处理对弹丸进行定位,这种基于激波测量的弹丸定位技术具有结构简单、定位精度高、成本低等优点。在武器射击的靶标测量系统中,弹着点的精确定位以及弹道的准确估计对鉴定武器的性能、矫正射击过程,提高训练水平具有十分重要的意义。本文针对航炮、步枪射击等战术训练中脱靶测量的实际需求,研究基于激波声源定位的靶标测量技术。
  本文主要介绍了弹丸激波产生的机理、激波的特性,基于时延估计、高分辨率谱估计等多种声源定位技术;仿真分析了信噪比、阵元个数、弹丸入射角度等多种因素对MUSIC算法定位性能影响,以及广义互相关法中不同加权函数在不同信噪比情况下的性能;分析了五元L型阵、四元平面阵和五元平面阵二维阵列模型,以及四元立体阵和五元立体阵三维阵列模型,推导了其定位公式,并对阵元间距、弹丸相对阵列距离等因素进行了计算机仿真分析;重点针对五元平面阵二维阵列模型,推导了弹丸相对阵列距离、入射角度的误差公式,仿真分析了时延测量误差、弹丸入射角度和弹丸相对阵列距离对定位精度的影响;针对具有较高定位精度的五元L型阵,提出了一种双五元L型阵列模型,分析了弹丸垂直入射和斜入射传感器阵面的两种模型,推导了弹丸定位及其在靶标落点的线性外推公式,仿真分析了弹丸相对传感器阵列距离、入射角度、以及阵元间距、阵面间距等对该阵列模型定位精度的影响,弹丸相对传感器阵列距离越近、入射角度越小、阵元间距越大、两传感器阵面间距越大、传感器阵面与靶面间距越小,双五元L型阵列的定位精度越高;
  仿真实验结果表明,增加阵元个数、提高信噪比等能够在很大程度上提高MUSIC算法的定位性能;基于时延估计的算法中基本互相关法和PHAT加权函数的性能最好;五元L型二维阵列模型和四元立体阵三维阵列模型对静止声源的定位精度最高,对于五元平面阵,阵元间距越大、弹丸相对阵列距离越近、俯仰角越小,阵列的定位精度越高;对于双五元L型阵列模型,弹丸入射角度、相对于阵列的距离、阵元间距、阵面间距等因素对弹丸定位精度有较大影响。
[硕士论文] 孙猛
仪器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:无控旋转弹丸是指没有发动机或舵机控制的,仅仅依靠惯性飞行的弹丸,并在飞行过程中绕其自身纵轴连续滚转的一类常规弹体。弹丸章动参数是旋转弹动态飞行稳定性设计需要首先考虑的问题之一,如果旋转弹丸在飞行过程中出现章动角异常,轻则削弱其战技性能,重则导致近弹,甚至中途掉弹。本课题紧密结合旋转弹丸设计实践需求,依托弹载存储测试技术,针对无控旋转弹丸外弹道初期提出了一种精度适中、使用便捷、成本低廉的测试方法,该方法是基于薄膜线圈的所获取的弹丸载体磁场变化信息,结合弹丸纵轴相对于磁场基坐标系之间的相对运动规律建立的解算模型,进而推算出旋转弹丸刚出炮口一段时间内的章动变化情况,通过实弹靶场测试试验解算出弹丸外弹道初期的章动角动态信息,结果表明,本文设计的章动测试方法对于无控旋转弹丸的章动测试具有一定参考意义。
  现将本文的主要研究内容归结如下:
  (1)详尽介绍了测试系统相关的基本理论,章动角定义、薄膜线圈测试原理、地磁场理论以及弹丸壳体材料对于地磁测量的影响分析。概述了基于薄膜线圈的弹丸章动解算流程,通过弹丸磁场仿真获得磁场测量补偿模型,并分析了坐标系转换关系和薄膜线圈感应电动势外包络所含有的弹丸载体磁场信息,最终依据磁场基坐标系与弹体坐标系之间的转换关系,建立了弹丸章动解算模型。
  (2)根据测试原理与测试环境的特征,确定了测试系统的整体方案与指标,进行了测试仪的硬件、软件以及机械结构等详细设计,并对测试装置进行了实验室模拟验证试验。
  (3)对测试仪所获取的靶场实弹测试数据进行了逐步分析计算,按照解算流程与模型,解算出弹丸出炮口一段时间内的章动角变化情况,进而验证该测试方法的可行性。
[硕士论文] 刘浩
控制科学与工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:冲击波超压作为武器毁伤效能评估的重要参数,测试数据的准确性直接影响毁伤效能评估的真实性。冲击波超压存储测试仪作为战斗部爆炸冲击波信号测试仪器,其与传感器组成的系统动态性能是信号准确测试的关键。展开冲击波超压存储测试仪性能优化设计与测试系统动态特性离线补偿研究,对提升武器毁伤效能评估准确性具有现实的意义。
  从测试仪性能优化设计着手,阐述信号调理电路设计要点与关键器件选择方法。为提升负延时存储空间数据存储速率,提出一种双级Flash存储阵列构成的高速存储结构,并从硬件结构、存储速率分析与软件工作流程方面详细阐述了设计思路。除此之外还对负延时存储空间数据存储模式、Flash存储阵列坏块检测,以及冲击波超压关键数据无线提取的实现原理做了详实的分析论证。
  在研制的冲击波超压测试仪的基础上,展开测试仪与传感器构成的测试系统动态特性补偿研究。首先,介绍了测试系统动态特性描述方程、系统动态特性响应及相关指标。据此引出基于BP神经网络的系统辨识与系统动态特性补偿原理并通过实验仿真验证上述方法对测试系统动态特性补偿的有效性。然后,通过激波管产生的阶跃压力信号激励测试系统获取系统时域响应数据,由系统输入输出数据对构建的BP神经网络系统动态特性补偿模型进行离线训练。针对补偿网络训练数据不足的问题,提出用神经网络辨识的系统模型在阶跃信号簇激励下产生大量训练样本的方法,提升测试系统动态特性补偿网络的泛化能力。最后,通过对比实测冲击波数据、离线补偿数据与理论计算数据之间的误差关系验证补偿算法对测试系统动态特性的改善有效性。
[硕士论文] 孟博
仪器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:爆炸冲击波压力测试是武器研制过程中威力评估和性能评价的重要手段。装药在高速运动与静止状态下爆炸产生的冲击波毁伤效果不同,随着武器的高速发展,用静爆试验进行毁伤效果评估已经不能满足需要,因此需要进行实际的动爆试验。现有的冲击波测试系统主要针对静爆试验研制,鉴于动爆与静爆存在差异,为更好的对动爆冲击波进行测试,在现有冲击波存储测试系统的基础上对动爆试验中存在的关键问题进行研究。研究的问题有:自适应压力测试范围、触发和同步技术、抗冲击电源设计。
  动爆试验的特点使得测点处的实际超压峰值与估算值很可能有较大差别。为在这种情况下仍能获取高信噪比且不截幅的数据,设计了一种多增益存储单增益读取的测试方案。在实验室对电路进行验证,结果表明:设计的测试节点实现了多增益存储单增益读取,保证在较大的输入动态范围内仍可采集到信噪比较高且不截幅的数据。
  触发和同步是冲击波存储测试系统获取有效数据和分析冲击波随时间、空间变化规律的关键。常用的触发和同步技术不适合用在动爆试验中,采用爆炸光作为测试节点的同步触发信号源,对在复杂的光环境中提取爆炸光的方法进行分析并设计光同步装置。在不同环境下对光同步装置进行试验,结果表明:同步装置响应爆炸光的可靠性、同步精度与爆炸光强以及距爆炸源的距离有关;在能可靠响应爆炸光的情况下,不同装置的同步精度在μs级别,满足在同一时间基准下对冲击波进行分析的标准。
  针对爆炸冲击容易造成测试节点电源不可靠的问题,设计了基于超级电容和聚合物锂电池的抗冲击电源。电源中的管理电路优先使用电池供电,电池不能正常供电时,超级电容为外部电路提供一定时间的不间断供电,提高测试节点完成任务的可靠性。
  最后,将研究的关键技术应用到动爆实测试验中,试验前在现场验证了光同步装置的可靠性和同步精度。动爆试验结果表明所设计的动爆冲击波存储测试系统能可靠、准确的获取冲击波超压数据。
[硕士论文] 朱江江
仪器仪表工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:在兵器科学技术的研究领域中,由于武器温度会直接影响到其杀伤力、性能、寿命等多种技术指标,因此温度一直是重要的研究内容之一。其中,温压弹的爆炸与爆轰温度、自动武器导气室内气体温度、火箭及导弹燃气的尾焰温度的测量更是研究的重点内容。这些测试环境均具有高温、高压、瞬态温度变化快等特点,这对瞬态温度测试技术也就提出了更高的要求。
  为了更好的满足恶劣环境下的瞬态温度测试需求,设计了基于无线传输的瞬态温度比色测温系统。以比色测温原理为物理基础,以光学系统、二象限探测器、放大电路、无线数据传输模块为主要组成单元,对系统进行了设计与制作。比色测温系统实现了实验数据的无线传输与测试结果的实时显示,同时还具有响应快、精度高、体积小、操作简单且实验可重复性高等特点。
  论文首先对系统进行了总体设计,并对各个单元的工作原理进行了详细介绍。其次,为了获得系统的静态标定系数K,运用高温黑体炉进行了静态标定实验。同时,在实验室环境中设计瞬态温度的测试实验,利用红外测温仪Modline5与比色测温系统进行了实验结果的比对,结果表明,系统的测温精度达到了1.7%,可以满足瞬态温度的测试需求。最后,为了研究系统的测温精度,设计了发射率修正实验,经发射率修正后,系统的测温精度近一步提高到了1%。同时,通过实验判定了系统的有效测温距离为50cm。
[硕士论文] 兰轩
兵器工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:作为先进的数字化技术,CAD、运动仿真分析和有限元分析已被广泛应用于产品开发,设计分析一体化技术逐渐成为未来工程技术领域的重要发展趋势。本文以“设计-建模-机构运动分析-有限元分析”为指导思想,以回转式闭锁机构为研究对象,在VisualStudio中使用C#语言编制设计计算程序,基于UG环境,利用UG的实体建模、参数化建模、装配、仿真分析等功能建立起三维模型、装配体、运动仿真模型、有限元模型,以此为基础,在UG8.0和Visual Studio平台上进行了二次开发,形成了回转式闭锁机构设计分析一体化软件。研究内容主要如下:
  (1)根据武器回转式闭锁机构设计要求,对其进行合理的模块划分,明确软件总体方案与功能模块,包括六个模块:设计计算模块、参数化建模模块、自动装配模块、干涉检查模块、运动仿真分析模块、有限元分析模块;
  (2)研究了回转式闭锁机构的相关理论模型,用C#语言编写了5个设计计算程序;
  (3)研究了参数化设计理论,对枪机和枪机框进行适当简化,建立了二者基础模型,实现了枪机和枪机框基础模型的参数化建模;
  (4)研究了UG和Visual Studio二次开发的方法,获取了在该平台下对回转式闭锁机构进行开发的完整实施方案。包括:软件开发流程、环境变量设置、菜单脚本的编写、用户界面的设计、调用动态链接库、UG/Open API的应用等,完成了回转式闭锁机构设计分析一体化软件的开发。
  本文软件开发方法与技术为其他武器机构设计分析一体化软件开发提供了一些参考。
[硕士论文] 任先贞
控制工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:现在许多国家已经加快了对精确武器的研究,其中弹体的姿态测试技术是精确制导的关键。目前常用的旋转弹姿态测试的方法有惯性组合测试法、加速度计测试法和磁传感器测试法等。其中惯性组合测试法的成本较大且误差会随时间累积,后续数据处理复杂,不太适用于弹载测试系统。加速度计测试法的数据处理难度较大,可行性不高,且测量范围非常有限。随着地磁理论的不断发展和完善,技术也在不断进步,基于磁传感器测量姿态角的方法已得到广泛应用,该方法具有高可靠性、误差也不会随时间累积的优点。
  因此,为得到准确的弹体姿态信息,本文提出了将三轴磁传感器和薄膜线圈式地磁传感器组合进行姿态测试。根据薄膜线圈式地磁传感器在地磁场内切割磁感线产生感应电动势,通过改进的欧拉算法解算出滚转角。然后根据三轴磁传感器输出信号建立数学模型,通过坐标变换解算出滚转角、偏航角和俯仰角的关系。通过实弹测试试验获得了测试数据,最终解算出姿态曲线,进一步验证了磁传感器组合测量姿态的可行性。该方法成本低,测试数据准确,有着重要的理论基础和实际的研究意义。
  本文以存储测试技术为基础,主要研究了基于磁传感器组合的旋转弹姿态测试,具体包括以下几个方面的研究:
  (1)根据测试系统的基本理论,研究了地磁场的基本理论和坐标变换,选择了适合测试系统的三轴磁传感器和薄膜式地磁传感器,提出了组合测量旋转弹的姿态信息。
  (2)根据测试需求,研究了适合旋转弹测试系统的测试方案,对硬件电路、机械结构、缓冲材料等方面进行设计,以验证测试方案的可行性。
  (3)进行实弹测试试验,根据改进的欧拉算法对测试数据进行分析,解算出旋转弹的姿态信息。
[硕士论文] 高晋凯
信息与通信工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:在激光制导武器的研制中,激光光斑能否准确照射到目标是一个重要的考虑因素,激光光斑能否精确照射到目标直接关系到导弹的命中率,然而,在实际的靶场试验中,由于激光制导武器发射的激光光束在传输中会受到大气湍流、干扰光线及噪声的影响,光斑仪采集到的激光光斑图像质量不理想,其位置会产生一定的偏差,这就需要对靶场试验中拍摄到的光斑图像进行一定的处理,才能准确找到光斑中心与目标靶中心的位置。本论文针对某靶场光斑仪所采集的激光光斑图像,利用数字图像处理理论分析得到了一套能够快速有效检测到激光光斑位置及目标位置的算法。
  本文所做的工作主要分为三部分,第一部分主要分析光斑图像的检测及复原问题,介绍了三种用于从视频流中检测光斑图像的方法,基于实际试验中的应用,分析了适用于某光斑仪的光斑检测算法,由于光斑仪照射目标时可能存在运动模糊,以及考虑到光斑图像的噪声特性,采用了基于小波变换的图像复原方法,通过实验验证了该方法的有效性;第二部分则主要进行图像的滤波与分割,图像滤波部分,针对不同的滤波方法进行了讨论与实验验证,由于光斑图像在去噪过程中会影响到光斑质心的位置,综合不同的噪声特性通过实验找到了一种能够有效去除噪声而且对光斑质心影响较小的去噪方法,图像分割部分则提出了改进的模糊C均值聚类的图像分割方法,能够对图像进行有效的分割;最后是数据处理部分,计算光斑中心及目标靶中心参数,光斑中心采用了三种不同的方法进行计算,不同的方法其精度和时间复杂度不同,实验论证了采用圆拟合算法进行光斑中心的检测效果更好,能够在精度和时间上较好地满足本文研究内容的需要,对于目标靶中心的计算,首先是对其进行直线检测,其次采用多次检测标注方法提取出目标靶中心,进而得到其中心位置参数。
  在本文最后是对之前分析得到的算法进行验证,采用室外实验采集到的图像进行论证及分析,对图像进行上述一系列处理,最后得到光斑中心坐标及目标位置参数,验证了算法的适用性与有效性。
[硕士论文] 陈青青
测试计量技术及仪器 中北大学 2017(学位年度)
摘要:爆炸冲击波是表征武器毁伤效能的重要组成部分,冲击波超压、正压持续时间和冲量则是评价常规兵器毁伤效能的主要参数,精确的测得相关参数对弹药威力评估及研制有着非常重要的指导意义。目前冲击波测试一般分为地面超压测试和自由场超压测试,前者的作用过程受环境因素干扰明显,导致地面超压的测试结果与弹药实际威力评估的误差较大。而自由场超压测试是在周边没有障碍物或近似无影响下的条件下完成的,可提高测试的准确性,因此对爆炸自由场的冲击波测试方法研究显得尤为重要。
  鉴于此,本文采用存储测试原理完成了爆炸自由场冲击波测试系统的设计,主要包括系统结构、工作原理、软硬件设计、数据处理方法等,并将同步技术应用其中,使相互独立工作的系统之间具有统一的时间基准,从而为数据处理提供可靠依据。
  本文首先对比了不同类型压力传感器的优缺点,选用了PCB公司的137系列传感器,设计了专门的适配电路,使其误差在2%以内,大大提高了测试精度。由于测试现场环境十分恶劣,为提高系统的通用性及可靠性,采用FPGA进行各逻辑电路的集成设计,主要包括AD转换器的时序控制、采样频率的可编程控制、触发控制器及地址发生器等。而单片机的主要任务是负责数据传输、电源管理与控制、整合秒脉冲上升沿与触发信号上升沿的时间差值。这种紧凑的设计减小了系统体积且降低系统功耗,并且设计的系统已在靶场环境下进行了静爆试验。表明该系统能满足冲击波的测试要求,具有很好的实用性和应用前景。
[硕士论文] 汪覃
机械工程 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:为准确测量侵彻深度以达到精确引信,目前常采用弹载加速度计记录侵彻过程的加速度信号,通过对实测信号的积分来获取弹体的实时运动情况。但在已有测试数据中发现,加速度计记录到的过载曲线一次积分与二次积分后得到的值与实际速度值、位移值相差较大。因此研究动载荷下弹体的结构响应特性,对找出实测信号偏离真实值的原因,实现准确引信具有重要意义。
  本文主要通过数值模拟的方式对分段式弹体侵彻纸靶实验的过程进行了模拟,辅以理论分析与实验数据进行支撑。从加速度计的校准、弹体的发射、弹体侵彻过程及数据处理四个方面进行了分析。对利用霍普金森压杆改造的装置为分段式弹体提供加速度激励的过程进行数值模拟研究,分析在不同撞击速度下分段式弹体可获得的速度、弹体内外部不同部位的加速度时程曲线及弹体内部应变时程曲线等,发现了基于分段式弹体这一特殊结构的响应规律。在弹体侵彻模型中,根据靶体的变形情况,选择采用Recht-Ipson公式处理剩余-初始速度,并得到特定弹靶系统的弹道极限;深入分析了弹体内质点过载信号的变化规律,探讨了应力波的传播对弹体过载的影响,对加速度计在弹体内的安装位置做出了建议。在此基础上,总结现有实测加速度信号在行程计量中的处理方法,并通过低通滤波的方式对冲击载荷下的加速度信号进行了有效的处理,也针对侵彻纸靶的过载信号提出了新的滤波方向。
[硕士论文] 尹乾
机械工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:随着科学技术的不断发展,人类的生活和工作日趋自动化。在射击比赛和部队射击训练中,为了减少报靶时间,提高比赛和训练的效率以及公平性,自动报靶方式也正逐渐取代传统的人工报靶方式。本文围绕自动报靶系统进行展开,分析了目前国内外自动报靶系统的研究现状,重点对基于图像处理技术的轻武器胸环靶实弹射击自动报靶系统进行研究。
  首先,根据传统的轻武器射击训练和报靶流程,结合现有基于图像处理技术的自动报靶系统设计,制定了一套采用无线组网通信的总体设计方案;分析室外复杂环境下图像传感器采集的胸环靶靶纸图像成像特点,制定了自动报靶系统图像处理模块的总体方案,即:先定位现场靶纸图像中的有效靶面区域,提取靶面图像,再根据靶面特征标记靶面各环区,最后识别弹孔,以其中心位置所处的环区判定成绩。
  然后,重点对自动报靶系统的图像处理模块进行分析和研究:1.分析室外复杂环境下图像传感器采集到的胸环靶靶纸图像的特点,在传统的图像 HSI色彩空间中各分量的定义和特点的基础上,定义了一种去红饱和度的概念,提出了一种基于颜色和边缘特征的有效靶面定位和提取算法;2.分析靶面图像中各目标区域的颜色特征,提出了一种基于逐级“种子”填充的环区标记算法,直接利用靶面图像中的特征,标记靶面相应区域的环值;3.分析靶面图像弹孔局部区域的颜色和灰度突变特征,提出了一种基于局部颜色和灰度突变特征的弹孔识别算法,并通过判断识别的弹孔中心位置所处的环区来判定成绩。
  最后,根据本文提出的图像处理算法,通过MATLAB软件的GUIDE开发环境,开发了一套功能相对完整且简单实用的自动报靶系统软件平台,并对室外复杂环境下采集的30幅尺寸和拍摄角度均各异的靶纸图像进行了测试实验。结果表明,本系统的环境适应能力较强、稳定性较高、实时性较好,且受图像采集硬件设备的制约较小,基本满足实际报靶应用的要求,对实际应用具有一定得参考价值。
[硕士论文] 庄宇
兵器发射理论与技术 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] 李征
火炮、自动武器与弹药工程 沈阳理工大学 2017(学位年度)
摘要:当弹丸高速碰撞靶板时,在弹丸与靶板接触的碰撞点处产生极端条件,弹丸与靶板材料受到冲击、剪切、粉碎并经历快速的压力和温度变化,被加热的材料达到足够高的温度将产生发光,这种现象称为碰撞“闪光”,闪光是碰撞初始条件和弹靶材料性质的“指纹”。为了揭示超高速碰撞2A12铝板产生闪光的辐射特性,本文利用建立的瞬态光纤高温计测量系统和超高速相机成像系统结合二级轻气炮开展不同碰撞参数条件下2A12铝球弹丸超高速碰撞2A12铝靶过程中撞击点附近闪光辐射特性的研究。基于普朗克黑体辐射理论,通过MATLAB软件编程经数据处理得到闪光辐射强度随时间的变化曲线,进而通过比率法得出闪光辐射温度随时间的变化曲线,在此基础上建立撞击点附近闪光辐射的空间演化模型。结合前人对超高速碰撞产生闪光辐射影响因素的研究,设计不同弹丸碰撞速度、不同碰撞角度和不同探测位置的超高速碰撞实验。高速碰撞产生闪光的辐射特性研究在导弹拦截、天体物理及深空探测领域具有重要的应用价值,同时对提高我国在超高速碰撞领域的研究水平意义重大。取得的研究成果如下:
  (1)通过对碰撞参数和实验结果的分析,超高速碰撞过程中撞击点附近最大闪光辐射强度与弹丸碰撞速度、碰撞角度和探测位置有直接关系。在碰撞角度相同、探测位置相同的条件下,通过MATLAB软件编程经数据处理得到的最大闪光辐射强度随弹丸碰撞速度的增加而增大,而且随着碰撞速度的增加,增加的幅度有减小的趋势;在弹丸碰撞速度相近、探测位置相同条件下,经数据处理得到的最大闪光辐射强度随碰撞角度的增加而减小,而且随着碰撞角度的增大,减小的幅度有减小的趋势。
  (2)通过对碰撞参数和实验结果的分析,超高速碰撞过程中撞击点附近最大闪光辐射温度与弹丸碰撞速度、碰撞角度和探测位置有直接关系。在碰撞角度相同、探测位置相同的条件下,通过4通道比率法得到的最大闪光辐射温度随弹丸碰撞速度的增加而增大,而且随着碰撞速度的增加,增加的幅度有增加的趋势;在弹丸碰撞速度相近、探测位置相同条件下,经数据处理得到的最大闪光辐射温度随碰撞角度的增加而减小,而且随着碰撞角度的增大,减小的幅度有减小的趋势。
  (3)基于 MATLAB软件编程经数据处理得到的最大闪光辐射强度和最大闪光辐射温度建立了撞击点附近产生闪光辐射的空间演化模型,通过模型揭示了弹丸碰撞速度、碰撞角度和相同位置椭球上探测位置的不同,最大闪光辐射强度、最大闪光辐射温度的强弱差异很大。在碰撞角度、弹丸碰撞速度和光纤探头前端面到着靶点间距离均相同条件下,撞击点附近产生的最大闪光辐射强度和最大闪光辐射温度在实验中确定的空间直角坐标系中沿Y轴的膨胀能力强于X轴和Z轴方向。
  (4)通过超高速相机成像系统对碰撞过程中不同时刻的照片进行采集和影像处理,结合超高速碰撞的理论进一步验证了撞击点附近闪光辐射的空间演化模型的正确性。
[硕士论文] 王洪亮
工程力学 沈阳理工大学 2017(学位年度)
摘要:人类对太空的不断探索以及自然空间环境的日渐恶化,使许多航天器异常结束了寿命,诸多迹象表明可能是由于微流星或空间垃圾与航天器碰撞产生的等离子体所致。为了更好地指导航天器的防护设计和材料选择,开展超高速碰撞产生等离子体的电磁特性研究具有重要的学术价值和工程应用价值。本文利用二级轻气炮加载系统和相关附属系统、朗缪尔三探针测量系统和电磁感应线圈测量系统,开展了超高速碰撞2A12铝板和航天器真实使用的太阳能电池阵的实验研究。系统研究了不同碰撞参数、朗缪尔三探针和磁感应线圈在不同空间位置坐标处产生等离子体的特征参量和磁感应强度的变化规律;建立了不同碰撞参数、不同传感器布局条件下等离子体特征参量和磁感应强度的空间分布几何模型,为全面系统地揭示超高速碰撞不同类型靶板产生等离子体的电磁特性提供了新的分析方法。取得的主要研究成果如下:
  1)就2A12铝弹丸超高速碰撞2A12铝板而言,当碰撞角度为30°时,不同碰撞速度产生等离子体诱生磁场的最大磁感应强度随碰撞速度的增加而增大;碰撞速度约为3.0km/s,不同碰撞角度(弹道与靶板平面的夹角)产生等离子体的最大电子温度、最大电子密度以及诱生磁场的最大磁感应强度随碰撞角度的增大而减小。当碰撞角度为45°、碰撞速度约为3.0km/s且朗缪尔三探针空间坐标为(X,60,50)和线圈空间坐标为(X,50,60)时,最大电子温度、最大电子密度以及最大磁感应强度随 X坐标的增大而减小;在相同碰撞参数条件下,当朗缪尔三探针空间坐标为(30,Y,50)时,最大电子温度和最大电子密度随Y坐标的增大而减小;当朗缪尔三探针空间坐标为(30,45,Z)时,最大电子温度和最大电子密度随Z坐标的增大而减小。当碰撞角度为30°、碰撞速度约为3.0km/s且朗缪尔三探针空间坐标为(20,55,Z)时,最大电子温度、最大电子密度随Z坐标的增大而减小,当线圈空间坐标为(65,Y,35)时,最大磁感应强度亦随Y坐标的增大而减小;当碰撞角度为60°、碰撞速度约为3.0km/s且线圈空间坐标为(56,36,Z)时,最大磁感应强度随Z坐标的增大而减小。碰撞速度约为3.0km/s,碰撞角度分别为30°、45°、60°时,撞击点附近产生的等离子体均以近似椭球的形状由内向外膨胀,且最大电子温度和电子密度及最大磁感应强度由内层到外层逐层减小。当碰撞速度约为3.0km/s、碰撞角度分别为30°、45°、60°时,等离子体云的平均膨胀速度随探测点到着靶点距离的增大而减小,且等离子体云的平均膨胀速度介于4.0~6.0km/s间;建立了最大电子温度、最大电子密度以及最大磁感应强度的空间几何模型并且通过拟合得到了最大电子温度、最大电子密度以及最大磁感应强度与探测点到着靶点间距离的拟合关系式。
  2)就超高速碰撞太阳能电池阵而言,当碰撞角度为30°、朗缪尔三探针空间坐标约为(6,0,30)时,碰撞速度越高产生等离子体的最大电子温度、最大电子密度也越大;当碰撞速度约为3.25km/s、朗缪尔三探针空间坐标为(6,0,30)时,碰撞角度越大,碰撞产生等离子体的最大电子温度和最大电子密度均越小。当碰撞速度约为3.4km/s,碰撞角度为30°时,撞击点附近产生的等离子体以近似椭球的形状自内而外膨胀,且最大电子温度和最大电子密度自内而外逐层减小;当碰撞速度约为3.0km/s,碰撞角度为90°时,撞击点附近产生的等离子体以近似球状由内而外膨胀,且最大磁感应强度自内而外逐层减小。当碰撞速度约为3.4km/s、碰撞角度为30°时,等离子体云的平均膨胀速度随探测点到着靶点距离的增大而减小,且等离子体云的平均膨胀速度介于2.2~5.24km/s间;建立了最大电子温度、最大电子密度以及最大磁感应强度的空间几何模型并且通过拟合得到了最大电子温度、最大电子密度以及最大磁感应强度与探测点到着靶点间距离的拟合关系式。
  3)就聚碳酸酯弹丸超高速碰撞2A12铝板而言,当碰撞角度为30°、朗缪尔三探针空间坐标为(20,20,50)时,碰撞速度越大碰撞产生等离子体的最大电子温度与最大电子密度也越大;当碰撞速度为3.9km/s、朗缪尔三探针空间坐标为(20,20,50)时,超高速碰撞产生等离子体的最大电子温度与最大电子密度随碰撞角度的增大而减小;当碰撞角度为30°、线圈的空间坐标为(65,65,35)时,超高速碰撞产生等离子体诱生磁场的最大磁感应强度随碰撞速度的增加而增大。
[硕士论文] 谢雪腾
兵器发射理论与技术 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的静爆试验与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。静爆试验与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] 邓维
武器系统与运用工程 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着航空技术的发展,大攻角飞行和高速飞行越来越普遍,伴随的气动现象也变得十分复杂,俯仰阻尼动导数已经成为现代弹箭初步设计中的重要气动参数,在弹箭动态特性分析、弹道设计及控制系统设计中都占有重要位置。本文以国际动导数标模Finner作为研究对象,对刚性动网格技术在预测俯仰阻尼动导数方面的应用进行了计算验证,并分析了该方法的影响因素。在此基础上,进一步探索了某鸭式布局弹箭俯仰阻尼动导数的计算及其随初始条件的变化规律。
  首先应用基于N-S方程求解的时空二阶精度的迭代法,结合刚性动网格技术,采用小振幅强迫俯仰振动法,对俯仰阻尼动导数数值计算进行了研究。以国际动导数标模Finner作为验证模型,探究了近壁面处理方法、减缩频率、振荡幅值、周期迭代次数、内迭代次数对俯仰阻尼动导数的影响,探究了初始攻角、质心位置对其俯仰阻尼动导数的影响;计算结果与实验结果吻合良好,表明了本文采用的方法具有较高的精确性,使用的计算条件是可行的。
  基于Finner标模的研究,进一步探究了某鸭式布局弹箭俯仰阻尼动导数随初始攻角、马赫数以及质心位置的变化关系。研究表明,计算条件的选取对俯仰动导数的计算效率与计算结果影响非常大,其中周期迭代次数和减缩频率尤为关键;对于鸭式布局弹箭,其俯仰阻尼动导数随攻角、马赫数的变化规律和俯仰力矩系数的变化规律基本保持一致。
  
[硕士论文] 高康
机械制造及其自动化 北京交通大学 2017(学位年度)
摘要:空间制导武器具有巨大的杀伤威胁,其拦截和反拦截技术被越来越多的国家所重视。但综合考虑政治、经济等因素的影响,实弹打靶条件受到极大限制,因此获得一种置信度高、使用成本低、操作方便的仿真技术便显得尤为重要。本文对半实物仿真关键技术进行研究,结合实际需求设计了一种面向空间制导武器攻防对抗的多模式半实物仿真系统。本文的主要工作包括:
  首先,介绍了半实物仿真技术的发展现状和空间制导武器常用的突防策略,针对本文所研究的某型号飞行器,将其整个飞行过程分为三个阶段:主动段、自由段和再入段,分别分析每个阶段的运动和受力情况,建立飞行器的动力学模型。以诱饵策略为例研究了常用的突防策略,建立突防效能评估方程,通过算例验证诱饵策略的有效性。
  其次,重点研究了半实物仿真关键技术。本文从半实物仿真系统总体设计原则入手,结合论文研究实际需求,对仿真系统的数据交互网络接口、实时性能进行了研究,并设计了一套可行的仿真流程。接着对半实物仿真系统中存在的误差进行了研究,分析了误差产生的原因和对仿真系统性能的影响。
  然后,开发了半实物仿真系统软件,包括模型软件和仿真控制应用软件两大模块。对动力学方程进行基于银河仿真工作站的YHSIM语言建模,以主控软件为例介绍了仿真系统上位机应用软件的开发原则、架构设计和数据流向,设计了基于解析xml配置文件的多模式仿真技术,利用C++语言开发了上位机软件。
  最后,是本文的试验验证部分。首先介绍了仿真实验平台的硬件组成和拓扑结构;接下来对半实物仿真系统的模型进行基于Simulink模型的仿真试验以验证本文建立的数学模型的正确性,然后使用YHSIM模型对被试部件进行了多次全流程半实物仿真。仿真结果表明本文所设计的半实物仿真系统能够满足型号的仿真需求。
  本文在对通用半实物仿真技术研究的基础上,针对某型号武器设计了一种配置灵活、性能优良的攻防对抗半实物仿真系统,利用该系统即可模拟进攻方的攻击过程,也可模拟拦截方的防守过程,为武器型号制导算法的优化、突防策略的改进提供了依据。同时,本文设计了一种基于软件配置项和硬件信号调理单元的工作模式,系统只需经过少许改动就可以适用于性能相近的型号,免去了重复开发的繁琐过程,充分发挥了半实物仿真技术的优势。
[硕士论文] 张弦
火炮、自动武器与弹药工程 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:液体对射流的稳定性具有良好的干扰效果,这使得液态复合装甲成为新型复合装甲中一个重要的研究方向。胞元结构液态复合装甲是在胞元结构中填充液体,通过液体和胞元夹层共同作用对射流的稳定性产生干扰。开展胞元结构液态复合装甲对射流的干扰特性研究将为液态复合装甲的设计提供参考。通过理论分析、数值模拟计算和试验研究相结合的方法,分别对射流侵彻饱含液体的单胞结构和胞元结构液态复合装甲的过程进行了研究。
  (1)基于虚拟原点理论、冲击波反射理论和射流干扰理论,从冲击波传播方向、传播路径和反射方式3个方面改进并完善了射流侵彻饱含液体的单胞结构的理论模型,并将整个过程分为6个阶段,得到了射流受干扰的速度区间表达式和剩余穿深表达式。对单胞结构内液体的喷散情况进行了理论分析,并且将液体的喷散分为2个阶段,得到了液体的逸散速度表达式。理论计算的射流受干扰的速度区间、剩余头部速度和剩余穿深,发现和数值模拟和试验得到的结果吻合较好。
  (2)利用数值模拟研究了单胞结构的内腔直径和内腔高度对液体径向汇聚和回流特性的影响,通过理论和数值模拟研究了内腔高度对饱含液体的单胞结构抗射流侵彻性能的影响。结果表明:液体的回流特性随着单胞结构内腔直径的改变而呈现出2种方式,但不随内腔高度的改变而改变,改变内腔高度能够有效地影响射流稳定性和射流剩余头部速度,从而影响饱含液体的单胞结构的抗射流侵彻性能。
  (3)通过数值模拟研究了射流侵彻胞元结构液态复合装甲的过程,分析了胞元高度和靶板倾角这2个因素对液态复合装甲抗射流侵彻性能的影响。重点分析了射流头部的变形、射流的颈缩和断裂、胞元夹层的影响、面板和背板的变形、射流剩余头部速度和剩余穿深的变化规律。结果表明:增加胞元高度和靶板倾角,能够有效地降低射流的稳定性和后续侵彻能力,从而提高胞元结构液态复合装甲的防护性能。
[硕士论文] 黄玉才
兵器发射理论与技术 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:自从二十世纪初人类实现空中飞行以来,人们追求飞行速度的步伐便不曾停止过,从低速到高速,由亚音速到超音速,甚至达到高超音速。高超音速弹箭飞行速度在5马赫以上,拥有快速响应、突防能力强等特点,可在较短时间内对远程目标实施精确打击,已经成为将来军事斗争中新的“制高点”,此种武器的出现将会改变未来战争的作战方式,对国家的安全产生战略性影响。针对国内外关于高超音速弹箭关键技术所取得的成果,发现有关高超音速炮弹的研究较少,尤其是气动特性与外弹道研究方面儿乎是空白。本文以两种弹翼组合体为研究对象,对其气动力及其外弹道特性进行探索性研究,主要包括以下几个方面:
  1.采用基于高超音速无粘流理论发展起来的工程预测方法,利用面元法并根据弹箭不同情况选用不同的压强系数计算方法,对锥形弹翼组合体的无粘气动力特性进行计算,采用经验公式方法计算弹箭的摩擦阻力与底部阻力,得到关于完整弹箭的气动力工程预测方法。
  2.数值模拟了高超音速炮弹不同马赫数与不同攻角情况下的流场。利用计算流体力学软件及计算方法对模型进行了高超音速下的气动模拟,得到了升力系数与阻力系数变化规律,分析了不同马赫数与不同攻角下流场的分布,并对高超音速弹丸表面流场特性进行了分析。
  3.建立了高超音速弹箭外弹道数学模型。总结了不同形式的外弹道模型以及它们的适用范围与假设条件。根据高超音速炮弹的特点建立了其外弹道数学模型,研究了影响外弹道特性的主要因素。建立了大气与环境模型,分析了不同高度大气参数的变化。
  4.选取了高超音速炮弹弹道设计优化问题的三个设计变量,确定了以落点动能最大作为目标函数,建立了相关的约束域。优化结果表明:落点动能与质量、速度和射角的选取有关,高超音速炮弹落点动能随弹丸质量的增加而增大,对于相同质量的弹丸在射程一定的情况下,射角越大落点存速越大,落点动能越大,最终得到了满足约束条件的最大落点动能。该优化模型可以为其它类似优化问题提供有效的工具和方法。
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