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[硕士论文] 李文豪
仪器科学与技术 中北大学 2018(学位年度)
摘要:旋转弹姿态信息的实时准确获取是其制导化与精确打击的关键技术。针对旋转弹姿态精确测量的实际工程应用问题,半捷联微机械惯性系统从旋转弹角速率跨量程测量的科学源头着手,提出一种轴向高旋隔离、径向微旋固连的半捷联微机械惯性测量新方法,有效解决了微机械惯性系统在旋转弹上应用时的跨量程测量难题。然而,前期研究中我们发现,目前半捷联微机械惯性系统的测量精度有限,无法满足高精度的旋转弹精确制导需求。因此,如何进一步深入分析制约系统精度提升的主要误差产生机理,探讨其有效抑制方法,进一步提高系统精度,已成为半捷联微机械惯性系统真正得以推广应用的瓶颈问题,对其研究刻不容缓,且具有非常重要的理论价值和现实意义。
  针对半捷联微机械惯性系统存在的精度不足问题,本文采用理论分析与试验验证相结合的研究思路。首先针对系统弹体转速测量不准确之一问题,提出基于加权最小二乘法多传感器数据融合的转速测量方法,将更加准确的信息反馈给电机,进而提高平台稳定性;然后从系统特有的机电组件入手,重点对影响系统精度的主要机电组件误差,特别是无刷直流电机误差、轴承-转子系统振动误差,分析两种误差的产生机理,研究其特性与以及传播方式,并探讨有效的抑制方法;最后构建试验验证误差补偿方法可行性,从而为解决制约系统精度提升的瓶颈问题提供理论指导和方法依据。
  仿真与试验结果表明:针对系统中各种特有的误差所提出的误差补偿方法是有效的,为系统测量精度的提高提供了较好的解决方案,同时也为高旋弹药的制导化奠定了基础。
[硕士论文] 车晓蕊
电子科学与技术 中北大学 2018(学位年度)
摘要:随着惯性导航系统技术的发展,混合式惯导系统成为了研究的热点,对其研究主要是为了解决高动态领域载体信息的高精度测量问题。半捷联微惯性导航系统作为混合式惯导系统的一种,解决了高旋弹药的高转速与小量程惯性器件之间的跨量程测量问题,实现了利用小量程高精度器件对高旋弹药姿态的较精确测量,但其测量精度还不能达到制导化武器的精度要求。本文以进一步提高半捷联系统测量精度为目标,结合系统自身特性,将旋转调制方法引入半捷联系统中,开展了半捷联微惯导系统的误差调制方法研究工作。
  首先,简明扼要地阐述了半捷联系统及其实现旋转调制的工作原理,指出对于半捷联系统应该选择滚转轴进行旋转调制,通过对系统误差传播模型的推导,找出了影响半捷联系统测量精度的主要误差源。
  其次,对影响半捷联微惯导系统的主要误差进行了介绍,分析了调制方法对这些误差的影响,得到旋转调制之后误差的数学模型,便于下文进行相关分析。文中专门指出,对于半捷联微惯导系统,由于系统应用在高过载环境,因此,需要额外对加速度计的标度因数误差及安装误差进行分析。
  再者,对前文选择的旋转调制轴进行了合理性分析,并仿真验证了该结论;接着对比了单向连续、正反连续、转停这几种旋转方案的调制效果,指出理想情况下第二种旋转方案的调制效果最好;基于正反连续旋转方案,提出一种多圈正反连续旋转方案,该方案能够有效避免电机加减速及波动造成的输出角速率误差对旋转调制效果的影响;结合半捷联系统误差模型及电机输出误差模型,进行了最优旋转角速率设计,并进行了仿真,结果与前文分析一致。
  最后,为了验证前文的分析,进行了静态及动态导航试验。静态试验验证了MEMS器件误差是影响半捷联系统精度的主要因素,并为动态试验提供参考。动态导航试验分为调制角速率验证试验及最佳调制方案验证试验两部分。试验结果表明,对于半捷联微惯导系统,进行最优旋转调制角速率及最佳调制方案设计时,需要结合实际系统中的电机输出特性进行分析。当系统以本文设计的最优调制角速率进行旋转调制时,调制效果最好,且本文提出的多圈连续旋转方案可以有效减小电机输出误差对系统测量精度的影响。
[硕士论文] 王利斌
仪器科学与技术 中北大学 2018(学位年度)
摘要:高速滑行记录装置由高速滑行数据记录器及其相配套的地面单元测试装置组成,是引信滑轨地面模拟试验专用测试设备,用以采集滑轨试验中被测引信输出的遥测信号及实时信噪比数据,试验完成后回收再现试验数据,研发人员据此数据评测引信性能。本文在分析国内外固态存储技术的基础上,根据任务研制要求和存储测试系统的设计原则,研制了专用于滑轨试验的记录装置,该记录装置能够满足滑轨试验地面闭环自检测试的需要。
  针对地面单元测试装置远程通信的功能要求,将该测试装置分成近端和远端两个装置,选取光纤作为数据的传输介质,并在数据传输中运用8b/10b编码以提高其可靠性。为了使测试方便准确,设计了各测试设备间的通信协议,并约定了指令数据传输的格式。为满足记录器长线读数的需要,运用FPGA内部SelectIO资源构建了LVDS串行接口发送单元。
  数据记录器作为记录装置的核心单元,设计时以高可靠为目的、以模块化思想为指导,从硬件设计和软件逻辑两个角度展开论述。硬件组成包括FPGA中心控制器、电源模块、AD转化模块、信噪比数据接口模块、数据存储模块、启动信号接收模块等。FPGA逻辑设计以采样获得的数据流为主线,详细分析了数据采集、解码、编帧、缓存、存储等实现过程。
  地面单元测试装置作为数据记录器的配套测试设备,可用于记录器闭环测试时信号源数据的产生,内部读数模块可以接收记录器回传数据。考虑到该装置与记录器电路逻辑高度相似,本文主要从地面测试装置与上位机通信所选用以太网接口模块为出发点对该装置进行分析,对以太网接口电路硬件设计和UDP协议通信过程实现进行了详细说明,最后讨论了所传输指令数据的可靠性。
  文章最后给出了测试流程并对多次测试得到的结果进行分析,结果表明本系统能满足任务要求,性能稳定可靠。
[硕士论文] 王红宇
电子与通信工程 中北大学 2018(学位年度)
摘要:使用火工品驱动径向随动定向战斗部实现驱动旋转与制动定位,可使战斗部杀伤威力场朝向目标,从而实现对目标的高效毁伤。这是目前国内外高效毁伤领域研究的热点和难点。在随动定向战斗部结构研究过程中,需要对设计的驱动旋转、制动定位结构进行测试,验证其是否能够完成旋转定位功能,为战斗部结构的不断改进与深入研究,提供测试技术与数据支持。
  本文在对随动定向战斗部驱动制动技术进行分析研究的基础上,提出一种随动定向战斗部驱动旋转测试方案,主要实现的功能为:在驱动时刻,发出启动驱动电路指令,起爆驱动装药,为战斗部旋转提供足够能量;在战斗部旋转过程中,对旋转角度进行实时检测分析,当旋转到制动角度时,发出启动制动电路的指令,引爆制动装药,使制动装置实现对定向战斗部的制动定位;通过对战斗部运动状态的测试,完成对战斗部驱动制动结构的测试分析。本文对比研究了角度传感器,对多种传感器安装器件、前端衰减电路、AD模数转换电路、FPGA核心控制模块、驱动电路、制动电路、USB信号传输模块以及高速摄影闪光增强装置进行专门的设计,并对测试系统软件进行了设计,从而保证测试系统的完整性与可靠性。
  采用本文设计的随动定向战斗部驱动旋转测试系统,对随动定向战斗部进行了驱动制动试验测试。试验结果表明该测试系统可以实现对定向战斗部驱动旋转与制动定位装置的有效控制,通过实现对战斗部运动状态的实时分析与反馈,实现对定向战斗部驱动制动结构的有效测试,同时获得的试验数据也为战斗部研究提供了改进与优化依据。
[硕士论文] 韩峰
仪器科学与技术 中北大学 2018(学位年度)
摘要:本课题来源于兵器XX厂对爆炸空气冲击波的测试需求。本文在分析了存储测试技术研究现状与爆炸空气冲击波传播特性的基础上,根据项目给定的指标,研制了多参数程控的冲击波存储测试系统。通常的冲击波存储测试系统为专项专用,应用范围较窄。而本测试系统增加了数个可程控的参数,根据实测对象灵活设置,从而扩展了测试系统的应用范围。
  测试系统由测试装置与上位机软件两部分组成,测试装置包含有传感器、信号调理电路、模数转换电路、存储电路、电源管理电路等部分,上位机软件采用Qt编写,人机交互界面友好,且适用多种平台。
  在以往研究工作的基础上,对比选定了ICP型压力传感器;采用直流耦合方式与数控电平移位相结合的方法,既去掉了传感器的直流偏置电压,又消除了对传感器信号低频特性的影响;对信号调理电路进行了改进,具有宽范围的可程控放大倍数、可程控基线与可程控滤波器截止频率。核心控制器采用单片FPGA,不需要与其它控制器配合,就可对模拟参数、负延时长度、采样时长、采样频率、触发阈值、低功耗时长等参数进行设置,并控制模数转换电路、非易失性存储器电路与接口电路等正常工作。
  通过灌封、Flash管理、负延时等保障性措施确保测试装置能够获得完整的冲击波测试曲线。本测试系统通过实爆试验,在弹药爆炸产生高温、强光、强电磁场的恶劣环境下测得了冲击波超压随时间变化的曲线,验证了测试系统的有效性和可靠性。
[博士论文] 伊建亚
兵器科学与技术 中北大学 2018(学位年度)
摘要:人类社会的进步与材料技术的发展密切相关。高分子聚合物(高聚物)材料是20世纪发展起来的一大类新材料,高聚物材料一般分为塑料、橡胶和纤维三大类,由于高聚物及其复合材料与传统材料相比,具有独特的性能,在军事和民用领域都得到了越来越广泛的应用。本文主要研究塑料类高聚物材料在聚能效应中的应用,以高聚物的力学性能和力学模型为基础,通过理论分析、试验研究和数值模拟、宏观理论分析和细观机理相结合的研究方法,对高聚物药型罩聚能射流性能及其侵彻机理进行了系统的分析和研究。
  首先通过万能材料试验机(WDW-20)和分离式霍普金森压杆(SHPB)实验,得到了聚四氟乙烯、尼龙和聚碳酸酯在不同应变率下的拉伸应力-应变曲线和压缩应力-应变曲线。通过实验数据及拟合的曲线,观察到聚四氟乙烯属于软而韧材料,而尼龙和聚碳酸酯则属于硬而韧材料,力学性能都与应变率密切相关。结果表明:(1)尼龙的断裂伸长率最小,拉伸强度最大,而聚四氟乙烯的断裂伸长率最大,拉伸强度最小,聚碳酸酯的力学性能介于二者之间。(2)三种高聚物材料中聚碳酸酯的抗冲击性能最好,尼龙的次之,聚四氟乙烯最差。(3)当在高应变率情况下,聚碳酸酯的应变软化现象与尼龙相似,都没有准静态压缩试验的曲线明显,这表明高聚物材料在高应变率下应变软化和应变硬化会存在竞争趋势。(4)利用静态和动态压缩实验数据,拟合了不同高聚物材料在常温下的Johnson-Cook本构方程。
  通过研究金属及粉末复合射流形成理论,在考虑高聚物材料特性的情况下,提出了高聚物膨胀射流形成准则,为计算膨胀射流的初始半径提供了理论基础。
  利用AUTODYN有限元软件对高聚物药型罩形成的射流进行仿真,首先确定了三种高聚物药型罩的Shock状态方程参数,然后对不同的计算方法进行对比研究,选取适合描述高聚物膨胀射流的计算方法,最后研究了高聚物药型罩参数对膨胀射流性能的影响。数值模拟结果表明:不同材料的高聚物射流都具有一定程度的膨胀性,但是由于材料性能的差异,导致射流的膨胀直径和头部的凝实程度不同,其中尼龙射流的膨胀直径最小,聚四氟乙烯射流次之,而聚碳酸酯射流的膨胀直径最大且密实度最高。
  对已有的金属材料聚能射流和粉末复合材料聚能粒子流的侵彻模型进行介绍和分析,在考虑材料的可压缩性和粘性的基础上,结合高聚物型罩材料的特性,分别研究了高聚物膨胀射流对不同目标靶板的毁伤特性,并与铜射流进行了侵彻对比试验,揭示了高聚物药型罩低炸高大扩孔的毁伤机理。
  对高聚物射流冲击爆炸反应装甲实现穿而不爆进行了数值模拟研究,分析了炸高对高聚物射流穿而不爆作用的影响,最后分别对聚四氟乙烯和尼龙射流冲击反应装甲进行了试验研究。结果显示:(1)随着炸高的增加,高聚物射流的速度和密度随之减小,而直径和长度则均随之增大,不同材料的射流性能变化程度不同。(2)聚四氟乙烯射流冲击爆炸反应装甲的反应程度随炸高增加逐渐减弱,爆炸反应装甲只在1倍装药口径的炸高处达到完全爆轰的状态,在其它炸高处均处于燃烧以下反应;聚碳酸酯射流则在大于2倍装药口径炸高处都实现了对爆炸反应装甲的穿而不爆;而尼龙射流在不同炸高处均引爆了爆炸反应装甲。(3)通过高聚物射流冲击爆炸反应装甲的数值模拟研究发现,爆炸反应装甲的反应状态主要受高聚物射流头部密度的降低程度和初始接触面积的影响。(4)验证试验结果显示聚四氟乙烯射流可以可靠地实现对爆炸反应装甲穿而不爆的作用,并且减小药型罩锥角可以降低夹层装药的反应程度。
  本文的研究工作为高聚物材料药型罩聚能装药的设计及其应用提供了新的指导思想。
[硕士论文] 路晓冬
电子与通信工程 中北大学 2018(学位年度)
摘要:信号弹厂家为检测信号弹质量是否合格,会对信号弹的飞行高度和发光时间进行测量。目前厂家测量手段多是人工借助测高仪测量,此方法具有操作复杂、测量精度低、人为主观因素导致误差较大等缺点。而双目立体视觉技术作为目前先进的主动式光学测量技术之一,具有测量速度快、精度高、抗干扰性强等独特的优越性。本文主要研究的是立体视觉技术在信号弹性能参数测量中的应用,根据测量环境以及测量精度、速度的要求,设计与搭建双目立体视觉测量系统,快速、准确的测量信号弹的性能参数。主要工作如下:
  (1)根据厂家对测量精度和测量环境的要求,结合双目立体视觉测距原理,搭建了一套信号弹性能参数测量系统,并在此基础上,构建了与系统相配套的软件框架;
  (2)研究了摄像机数学模型和标定原理,然后根据靶场环境下标定图像存在背景复杂、明暗不均匀等特点,对张正友相机标定方法进行了一定的改进,实现双目相机准确、快速的立体标定,然后通过立体校正使左右相机成像平面达到行对准,通过数学手段构建平视双目立体结构;
  (3)在复杂的动态背景环境下,采用一种改进的邻帧差法,从序列图像中去除背景,提取信号弹目标,然后采用改进的FAST边缘检测算法快速提取信号弹目标的边缘,计算图像中信号弹目标的质心坐标,根据极线约束法则进行立体匹配,最终得到视差,实现准确、快速测量的目的;
  (4)使用该系统联合信号弹生产厂家进行了靶场环境下信号弹性能参数测量实验,与厂家原始测量方法的结果进行比较,来验证本系统的可行性和测量精度,最后结合实验结果,对实验进行了误差分析。
  (5)利用面向对象开发与实现技术,选择C语言及VS2015+MFC开发环境,结合OPENCV3.0开发库,设计和开发了信号弹性能参数测量软件,软件功能主要有相机控制模块、图像处理模块和数据库模块。
  实验结果表明,本系统在测量100-300m区间的目标高度时,测量误差在4.73%左右,在测量信号弹发光时间时误差值的平均值为±0.25s,平均误差约为2.5%,测量每发信号弹性能参数所需时间在54.4s左右,精度和速度完全可以满足厂家测量需求,为厂家解决了部分难题。
[硕士论文] 张敏
信息与通信工程 中北大学 2018(学位年度)
摘要:电磁感应点火器是武器弹药发火的关键组成部分,一旦电磁感应点火器发生故障,会影响武器弹药执行打击任务。针对电磁感应发火器内部电路不可拆卸、工作电磁环境复杂等要求,本文提出了基于电磁感应原理的无损检测方法,设计了电磁感应点火器状态检测电路及其检测电路的故障诊断系统。
  本文在分析相关研究的基础上,根据电磁感应点火器的状态检测要求,提出了一种非接触式电磁感应检测系统的实现方案,设计完成了电磁感应点火器的无损检测系统。系统由电磁激励、电磁感应、抗干扰调理和信号判别等模块组成。为提高检测灵敏度保障点火器的安全,采用交流电磁激励方法,该模块由信号发生器和功率放大器组成,实现点火器的安全激励与信号加载;电磁感应模块由电磁感应线圈、感应信号取样电路组成,实现点火器状态信号的探测;抗干扰调理模块由滤波器和检波器及差值放大器组成,完成环境电磁信号的抑制、点火器特征信号提取;信号判别模块以ARM为主控芯片,完成了电磁感应点火器标准件电压的自学习和工作状态判断。
  根据电磁感应无损检测系统批量化生产和系统维修的需求,提出了电路故障诊断方案,基于LabVIEW平台,设计开发了一种基于BP神经网络的故障诊断系统。设计完成了系统的信号激励源、检测点信息采集和基于BP神经网络的故障诊断等模块、实现了故障诊断信号的产生、电路信息点信号采集与电路故障的诊断及其电路故障点的定位。
  经对50个产品的实际检测,点火器无损检测系统均实现了准确检测;本文设计的电路系统故障诊断系统,能实现对产生故障的无损检测系统进行故障点的定位,诊断结果的准确率达到了86.1%。
[硕士论文] 李意
控制理论与控制工程 西安工业大学 2018(学位年度)
摘要:现代战争逐渐向着复杂化与多元化发展,智能弹药得到了快速发展。随着战场上装甲战术的大量应用,反装甲任务逐渐加重,末敏弹作为智能弹药中的典型代表和重要的反装甲集群武器,备受瞩目。红外探测技术因其隐蔽性好、能够昼夜工作等优点成为末敏弹上重要的探测方式之一,因此本文以智能弹药中的末敏弹为基础,对其通过红外方式搜索目标做了研究。
  论文对末敏弹的作用原理进行了研究,针对末敏武器在稳态扫描阶段对地面装甲目标的搜索问题,以红外辐射在大气中的传播理论为基础,从不同方面对目标及其所处环境的红外辐射特性做了研究,确定了目标探测波段及红外探测器类型。对红外探测系统的光学系统、信号提取电路、扫描间隔、扫描角等稳态扫描阶段的重要参数进行了分析与设计。通过对红外探测系统的信号进行建模,研究了目标与目标信号之间的关系。
  根据设计总体要求,完成了红外探测系统的样机并对目标进行了探测,采用小波函数对获得的探测信号进行分析,针对装甲目标的识别,以探测信号波形的斜率、面积和宽度作为目标的特征量进行提取,建立了不同高度、不同方位等情况下的目标红外辐射特性模型,并设计了相应的算法,对目标成功进行了搜索识别。
[硕士论文] 肖乐康
电子与通信工程 北华航天工业学院 2018(学位年度)
摘要:固定鸭式舵机二维弹道修正火箭弹,主要采用传统电磁电机驱动固定鸭舵进行弹道修正。超声电机具有不受电磁干扰,断电时具有自锁特性。采用超声电机取代传统直流电机进行固定鸭舵式火箭弹弹道修正的方案,具有抗干扰性更好、响应更快、体积更小、结构更简单、成本更低、噪声更低等特点。有利于制导火箭弹向小型化、低成本化的方向发展。本文旨在为利用超声电机驱动固定鸭舵进行二维弹道修正的方案提供一个软硬件的平台,并不涉及具体的飞控算法。
  本文首先对固定鸭式舵机修正火箭弹的工作原理以及国内外的发展现状进行了介绍。阐述了超声电机与传统电机的优缺点,指出了利用超声电机取代传统电磁式电机驱动固定鸭舵进行二维弹道修正的优点。介绍了超声电机基本工作原理、控制策略以及火箭弹姿态检测相关理论。研究了基于固定鸭式舵机二维弹道修正火箭弹的超声电动舵机驱动与姿态测量控制器技术,对控制器的工作原理、结构组成进行了阐述。给出了控制器的系统架构设计,论述了控制器各部分电路的方案设计,包括主控制模块、隔离电路、供电电路、下载调试接口电路、姿态检测电路以及驱动电路的设计与实现。接着阐述了控制器系统软件设计与编写方法,并完成了相关软件的编写工作。
  完成了控制器样机的调试工作,并做了四种类型的超声电机调速试验。通过搭载简易的模拟试验台,做了姿态检测和姿态修正的功能性试验,试验结果证明了修正方案的可行性。
[硕士论文] 彭雪松
电子与通信工程 东南大学 2018(学位年度)
摘要:收发组件在制导、雷达、电子对抗系统中广泛应用,毫米波收发前端是引信的重要组成部分,它实现了有效信号发射和接收、放大变换,直接影响着整个接收系统的性能。
  本文的工作围绕毫米波收发前端的研究展开。首先阐述了毫米波收发前端的工作原理,根据前端的技术指标,按照组件的设计原则提出了具体的设计方案,给出了组件的原理框图,并把前端分为源、发射支路和接收支路,再将各支路进行模块划分,介绍了DRO振荡器、滤波器、开关、低噪声放大器和混频器的工作原理和设计、选型,并对DRO和滤波器进行了仿真验证。
  最后在前面单个部件分析设计的基础上,设计制作并测试了毫米波收发前端,测试结果显示研制的收发前端完全满足项目技术指标要求。
[硕士论文] 赵燕文
集成电路工程 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:在武器系统中,通过引信对战斗部的起爆时机的控制来使战斗部发挥最大的毁伤效果,而根据毁伤的目标不同,战斗部起爆的时机也不同。引信对战斗部的起爆时机正是由引信中的起爆控制电路来实现。本文从这个角度出发,设计了一款以电引信为基础的具有多功能的起爆控制电路,该控制电路兼具瞬发起爆、延时起爆和自毁等功能,在弹药中得到了广泛应用。
  本文首先根据课题任务书通过查阅诸多文献和资料了解了电引信及其起爆控制原理,并根据原理提出了相应的起爆控制方式,了解其在瞬发模式和延时模式下的工作过程等相关问题,提出了电路的硬件实现方案和软件实现方案。
  然后,根据抗高过载可靠性的要求,对电路的抗高过载性能进行了分析,提出了抗高过载试验方法和抗高过载设计方案。
  然后,对电路的电磁兼容性也做了分析,提出了相应的设计方案,使其满足电磁兼容性的要求,并做了电磁兼容性验证试验。
  最后,对电路电性能做了严谨的测试,通过测试结果验证了电路在设定模式下的发火输出均达到设计要求。
[硕士论文] 孙亚婷
仪器仪表工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:子母弹作为大口径火炮、火箭炮或战术导弹等发射武器打击对付远距离敌方坦克群等地面集群目标必不可少的弹药种类,保证其合理的散布范围和密度防止子弹殉爆,是提高毁伤效果的关键。而抛撒药燃烧产生的气体是推动子母弹开舱抛撒的原动力,它随时间的变化规律是决定子母弹抛撒机构性能的重要战术技术指标之一,因此用试验方法去获取抛撒过程中火药燃气压力变化规律具有重要意义。
  首先,通过对中心爆管式子母弹的抛撒机构及抛撒过程研究分析后,建立了子母弹抛撒的内弹道数学模型,并对弹后空间火药燃气压力进行理论计算。其次,以新概念动态测试理论为基础,根据测试环境及测试任务的要求,建立了抛撤过程中压力参数测试系统总体方案,确定了系统技术指标,设计并研制了子母弹抛撒燃气压力测试系统。测试系统包括单通道压力测试仪和上位机通信软件,其中测试仪由前端传感器、电荷放大器、瞬态波形记录仪(由逻辑控制模块搭建)和机械壳体组成,是测试系统的核心单元,具有低功耗、模块化、参数可编程等优点;上位机通信软件具有检测仪器、电路编程、定标读值、波形打印等功能。最后,采用落锤标定装置对测试系统进行了标定实验,确定了测试仪的灵敏度。靶场现场试验表明,该测试系统工作可靠,测试精度高,可重复使用。测试数据为中心爆管式子母弹的研制、内弹道分析及装药结构设计等提供了依据。
[硕士论文] 唐琦
兵器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:采用聚四氟乙烯作为串联战斗部前级装药的药型罩材料能够实现对带壳装药的穿而不爆,但由于纯PTFE动态力学性能弱,存在侵彻能力不足的问题。在这一前提下,本文通过在PTFE中添加不同质量分数的铜粉对其进行填充改性,设计并制备了三种不同密度的改性PTFE材料,利用万能材料试验机和霍普金森压杆(SHPB)实验装置对其静、动态力学性能进行实验研究,获得了不同密度改性PTFE在不同应变率下的应力-应变关系。利用AUTODYN-2D软件对不同密度改性PTFE药型罩的射流成型过程和对带壳装药的穿而不爆进行了数值模拟研究,对比分析了材料密度的影响,并得到了改性PTFE对带壳装药穿而不爆的u2d阈值。研究结果表明:
  (1)在准静态试验条件下,随着材料密度的增大,改性PTFE材料抗拉强度和压缩强度增大,拉伸断裂伸长率变小。三种改性PTFE材料(密度由低到高)的压缩强度比纯PTFE分别提高了22.3%、27.1%和33.8%。(2)动态冲击下,改性PTFE材料力学性能表现出明显的应变率强化现象,压缩强度和临界应变明显随着应变率提高而增大;材料的屈服强度和压缩强度随着密度的提高而提高。(3)利用静态和动态压缩实验数据,选用并拟合了不同密度改性PTFE材料在常温下的Johnson-Cook本构方程。(4)利用AUTODYN-2D有限元软件对改性PTFE药型罩形成的射流冲击带壳装药过程进行仿真,得到了三种改性PTFE材料射流对带壳装药的起爆阈值分别为25.04mm3/μs2、24.805mm3/μs2和23.83mm3/μs2,数值接近Held给出的23mm3/μs2。(5)三种密度的改性材料均没有引爆带壳装药;针对2/4/2结构带壳装药,在3倍炸高下,随着材料密度的提高,射流穿透面板和背板开孔直径增大;,随着材料密度提高,射流对主装甲的侵彻深度增大,PTFE-1、PTFE-2和PTFE-3分别比PTFE的侵彻深度提高了28.3%、45.7%和74.0%;综合对比,三种改性PTFE材料均能实现对带壳装药的穿而不爆,在此前提下应选取PTFE-3材料作为串联战斗部前级药型罩材料,能够有效提高毁伤元侵彻能力。
[硕士论文] 孙加肖
兵器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:在灵巧智能弹药技术蓬勃发展的情况下,多模战斗部是为应对未来战场目标多样性而提出的一种可满足毁伤机理多样性、高度灵活性和具有多目标打击能力的战斗部。多模战斗部的显著特点是在不改变聚能装药结构的情况下,通过起爆方式的改变或添加可抛掷装置的途径实现多种毁伤元之间的转换,实现“一弹多用”的战术效果。
  通过采用在包覆式变壁厚药型罩的基础上添加一个可抛掷的变壁厚药型罩的方法,设计出一种既能形成PELE侵彻体又能形成串联EFP的多模战斗部。当目标为近距离轻型装甲目标(如卡车、武装直升机、发射架、通信中心等)时,可抛掷的药型罩在战斗部作用前被抛掉,包覆式药型罩会将形成PELE侵彻体,利用PELE侵彻体的横向效应达到较大穿孔直径的目的。当目标为远距离的重型装甲目标(如坦克、装甲运输车等)时,战斗部将会形成串联EFP,对目标进行远距离打击、大穿深毁伤。
  基于ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件分别对两种毁伤元的成型过程和不同因素对毁伤元成型的影响进行数值仿真,研究表明:(1)包覆式药型罩可形成PELE侵彻体,它是由高密度金属材料构成外壳、低密度金属材料构成内芯的;通过对比分析大椎角药型罩、球缺药型罩和弧锥结合药型罩三种典型聚能装药结构所形成PELE侵彻体的形态及侵彻靶板效果,可以得出弧锥结合型药型罩所形成的PELE侵彻体效果较好;(2)分析不同圆弧曲率半径、锥角、装药长径比等因素时PELE侵彻体的成型,得到各因素对PELE成型的影响规律,然后以PELE的速度为考察指标进行正交优化,得到最优的装药结构参数;(3)当包覆式药型罩前端添加可抛掷的变壁厚药型罩后,可以形成串联EFP;(4)分析可抛掷变壁厚药型罩不同壁厚、材料因素时串联EFP的成型,得到各因素对串联EFP成型的影响规律。基于上述数值模拟研究,理论上有效地验证了PELE/串联EFP双模战斗部的可行性,为双模战斗部工程应用提供有益指导。
[硕士论文] 柏迅
兵器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:枪械作为步兵使用的主要武器,也是其他兵种的辅助武器,射击时膛内处于高温、高压的状态,各个机构连续高速运动,只要发生事故,就有伤害人身的可能性,因此,保证枪械系统的安全可靠是极为重要的。枪弹作为枪械系统的一个重要组成部分,保证其在发射过程中安全可靠也是必要的。因此开展枪弹发射强度的可靠性分析方法的研究拥有重要的理论意义和实际应用价值。本文在大量阅读和分析国内外相关文献的基础上,以五六式7.62毫米普通弹为研究对象,对其进行了强度理论计算及有限元仿真,并且利用Isight软件的DOE实验设计模块及蒙特卡洛模块进行了影响弹头发射强度的随机参数灵敏度分析和弹头发射强度可靠性分析。主要研究内容如下所示:
  (1)弹头发射强度的工程计算与有限元仿真。针对7.62毫米普通弹弹头进行强度理论计算,计算得出了一组随机参数情况下的弹头圆柱部承受的最大挤压应力、弹头圆柱部所承受的剪应力以及弹头壳所承受的切向应力,通过对计算结果与许用应力进行比较,判断此组参数影响下的弹头在发射过程中是否可靠,然后,对利用ABAQUS软件对弹头发射强度进行有限元仿真,分别对弹头发射强度进行静态仿真和动态仿真,对仿真结果进行分析,同时与理论计算结果进行比较。
  (2)基于弹头发射强度的随机参数灵敏度分析。根据强度理论计算利用C++编写强度校核程序,利用Isight软件中的DOE试验模块集成强度校核程序对其进行灵敏度分析,分析出对弹头发射强度影响较大的几个参数。
  (3)基于工程算法的弹头发射强度可靠性分析。然后将影响较大的随机参数做变量处理,运用Isight软件里的蒙特卡洛模块对弹头发射过程中强度可靠性进行分析,统计得出各随机参数及响应的分布直方图,计算其可靠度。
  (4)基于仿真的弹头发射强度可靠性分析。运用Python语言对ABAQUS进行二次开发,建立7.62毫米普通弹弹头的参数化有限元程序。设置批处理文件,运用内核运行参数化有限元程序,得出最大Miss应力值。运用Isight软件的Simcode模块集成批处理文件,通过蒙特卡洛模块对弹头发射过程中强度可靠性进行分析,统计得出各随机参数及响应的分布直方图,计算其可靠度。
  本文研究的可靠性分析方法同样适用于类似类型的枪弹弹头。
[硕士论文] 黄孝楠
应用化学 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:销毁废弃弹药常用爆炸、燃烧、机械处理等方法,它们对销毁场地、销毁设备和技术人员要求较高,当销毁安定性差不宜搬运的弹药,且周围环境复杂不允许发生爆炸时,以上销毁方法行不通。高热剂销毁法就是利用高热剂销毁装置产生的热效应将废弃弹药内部装药燃烧,达到销毁目的。此法尤其适用于低级弹药的销毁,低级废弃弹药内部装药是低廉的TNT,燃烧不易转为爆轰,而且弹壳较薄,利用销毁装置可熔穿弹壳,内部TNT被引燃而不易发生爆轰。高热剂销毁装置销毁废弃弹药,具有操作简单、安全可靠、次危害小的优点。
  对高热剂销毁装置所用药块的燃烧要求:产生高热,最高可达3000℃以上;熔渣量适宜,过多会堵住喷口,过少热量不够;熔渣喷速要大,产生气体要多。通过燃烧时间、熔穿深度、挂渣率等表征方法,调整配方组成,优化组份性质,确定了最佳高热剂配方:金属氧化物为CuO、Fe2O3、KNO3,可燃剂为Al,产气剂为NH4ClO4,粘结剂为酚醛树脂。
  此配方药块的优点:销毁具熔穿同体积的钢板孔洞用药量较少;火焰感度较高,容易点燃,机械感度低,符合生产运输要求;产气量适宜,既减轻“挂渣”现象,又不会发生高压爆炸;调整药块密度及装药结构,能够稳定燃烧;具有一定的防潮性能。
  对高热剂燃烧性能测试,该药剂的产气量为0.07L/g;高低温实验表明在实验范围内高低温不影响高热剂的性能;机械感度测试表明在特定摩擦和机械撞击下不会出现发火现象,机械感度较低;X射线衍射(XRD)实验得到该配方燃烧后主要产物为铁、氧化铝及氧化铁。
[硕士论文] 林晓勇
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:导气式自动武器在研制、试验、验收过程中,都需要进行大量的实弹射击试验来测试武器的性能参数。实弹射击虽然是接近实战环境最直接、有效的手段,但是实弹射击也带来了诸多的问题:实弹射击不仅仅会产生高昂的弹药费用,还会产生场地维护费用,最主要的是对人和环境都会带来危害。针对实弹射击在导气式自动武器的研制、试验、验收过程中存在的问题,本项目研制了一台导气式自动武器模拟试验台。
  导气式自动武器模拟试验台利用压缩的高压气体模拟实弹射击过程中火药燃烧后产生的高压火药燃气对自动武器进行模拟试验。试验台系统通过控制对应的高速电磁阀来模拟实弹的发射,通过调整试验台的俯仰角度来模拟实弹射击时武器的射击角度,在试验台进行模拟射击的同时将相关的性能参数采集出来。因为模拟试验台通过相关的设备来模拟实弹发射的具体状况,所以整个试验能够在实验室中进行,不仅能够节省下试验弹药和试验靶场,还能摆脱试验场地和自然因素的限制,而且方便多次重复试验和试验数据的采集。
  本设计主要进行了导气式自动武器模拟试验台控制系统的开发。本设计主要对试验台控制系统进行了软、硬件的设计开发,对系统中用到的主要电气元件进行了选型,设计了系统的电路系统,使用面向对象的高级编程语言Delphi7开发了整个试验台的软件系统。系统软件实现了对系统的运动控制、数据采集控制等,设计了滤波算法对采集的数据进行了滤波处理,并将处理后的数据以波形图的形式实时地显示在软件示波器上,基于Delphi7开发了系统的通讯程序,实现了系统与编码器之间的串口通讯。
  在完成了试验台系统的硬件设计和安装后,对试验台控制系统进行了调试。在完成调试的试验台上对某型号的导气式自动枪械进行了模拟射击试验,在试验的过程中采集了相应的试验数据并将试验数据以波形图的形式显示出来。试验的结果表明,设计的试验台控制系统能够实现对多种型号的自动武器进行模拟试验,能够满足合作单位提出的性能要求。
[硕士论文] 林磊
仪器仪表工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:子母弹在现代战争中多被应用于大范围硬杀伤目标,如坦克群、航母、军事机场和桥梁等,极大程度地提高弹药利用率、毁伤范围及毁伤效果,是现代战争的大范围作战不可或缺的武器。子母弹抛撒过程中子弹过载十分关键,与子弹弹体是否损坏和抛撒形状及散布面积都有关系。本文针对常用的中心药管子母弹抛撒后的子弹过载测试关键技术进行一系列研究。
  首先通过理论上对抛撒过程子弹过载进行分析。针对中心管双层子弹情况抛撒原理分析,建立理想化抛撒模型,通过分析了子母弹抛撒子弹过载信号特性研究了过载信号成分、特点和出现的零漂问题并进行针对性处理。又对抛撒环境分析后结合动态测试理论和新概念动态测试理论,制定测试系统设计原则。
  其次是测试系统各部分组成,采用模块化设计,将测试系统分为五大模块:传感器模块、硬件电路模块、缓冲保护模块、接口和软件模块、弹簧上电开关模块。硬件电路模块又分为四个部分:信号调理模块、采集存储模块、逻辑控制模块、电源管理模块。特别的,弹簧机械开关模块的添加解决了断线上电的不足,取代了旧有的上电方式。
  最后通过硬件电路高低温循环冲击试验、对装配好的测试仪模拟试验和靶场地面模拟试验验证,以及一系列数据处理分析,证明测试仪的可靠性好、精确度高。对于数据处理主要针对信号零点漂移、高频干扰滤除和过载积分获得子弹速度三方面进行分析。
[硕士论文] 刘亚
航空宇航制造工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:动能弹发射系统是一个极其复杂的机构,其往往是通过设计人员的经验进行设计的。这样动能弹发射系统就必然会经历“设计→制作→实验→改进”这一过程。但是,有时候需要对某些部件进行实验数据采集时,采用整个发射系统来进行实弹试验是非常浪费的。因此,非常有必要设计一种动能弹模拟发射装置,并通过将关键部件安装在模拟装置上进行试验,以获得该部件的实验数据。
  在动能弹发射的过程中整个系统会受到多种载荷的作用。本文结合国内外动能弹发射系统的设计与研究,以模拟发射装置的俯仰架为研究对象,对其进行了专门的设计与优化。优化后的俯仰架不仅符合了实验时对刚度和强度的要求,同时也在质量上较初步设计时下降了19%。
  本文首先根据技术指标的要求及设计经验,分析了动能弹发射系统的连接关系以及在工作过程中的受力情况,将其等效在模拟发射装置上,完成了模拟装置俯仰架的三维模型绘制;在此基础上依据载荷的大小以及边界条件,利用OptiStruct的分析模块对该俯仰架进行了静力学分析、模态分析以及运用RADIOSS进行了非线性动力学分析。由结果可以看出,初步设计的俯仰架是符合项目指标的。
  其次,通过OptiStruct将俯仰架刚强度为约束,将体积最小化定义为目标函数,最后将单元密度定义成设计变量,对俯仰架进行拓扑优化分析,获得了材料最优分布的密度云图,并通过该密度云图对俯仰架进行了反设计,得到了优化后的俯仰架。
  最后,为了检验优化后的俯仰架依然满足设计要求,再次对优化后的俯仰架进行了有限元分析。分析结果表明,优化后的俯仰架在刚度和强度符合要求的前提下,总体质量较原设计下降了19%,证明了此次优化设计合理性、可行性和正确性。以上成果也为模拟装置其他部件的优化给予了参考。
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