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[硕士论文] 朱玉飞
土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:如何能够让爆炸的能量合理利用最大化,特别是让爆炸的能量按照我们需要的方向进行做功是爆破界一直重视的研究方向,定向断裂爆破技术就是很好的工程应用实例。为更好地实现切缝药包定向断裂,进一步研究切缝药包定向断裂爆破机理就显得很有理论意义和实用价值。
  基于爆破力学理论,对切缝药包爆炸应力分布和裂缝成形进行模型试验研究。对爆破模型取芯、切片处理,统计分析切片试件损伤及裂缝分布情况,分析爆生裂缝的形成及扩展情况以及定向爆破断裂能力;运用超动态应变仪对爆破模型预埋应变片在爆破载荷作用下的信号进行采集,分析切缝药包爆破中应力波分布及其传播特性,进一步研究切缝药包的定向断裂爆破作用机理。通过对试验结果的分析研究表明:①在距离爆源中心相同距离,正对切缝处的压力峰值比其他地方的压力峰值都要大,在距离爆源中心6cm的位置,正对切缝处的应力峰值比背对切缝处的应力峰值增加了11%;②无切缝薄壁药包与切缝药包的规律相似,但在相同试验条件下每一个点的压力峰值都小于切缝药包的切缝方向;③药包切缝侧形成了一条从炮孔口延伸到炮孔深处的竖向裂缝,其长度和宽度远远大于其他方向上的裂缝;④主裂缝方向上压力峰值高,验证了裂缝产生与其压力峰值存在对应的关系。
[硕士论文] 李博文
导航、制导与控制 沈阳理工大学 2017(学位年度)
摘要:现代战争中,导弹技术不断发展,促使空中的作战环境变得更加复杂。智能化机动目标的出现,使得导弹的拦截制导问题正在面临着严峻的挑战。为了提高拦截机动目标的概率,有必要研究一种新的导引策略。本文以机动目标的拦截问题为研究背景,结合博弈理论中的动态博弈和矩阵对策,提出了一种基于博弈理论的导弹拦截制导策略的新方法。
  首先,建立了拦截弹与目标的数学模型。分别为一对一拦截与多对一拦截两种情况。根据导弹末制导过程的弹目相对运动关系,分别推导出弹目运动方程,并将其转换成非线性状态空间表达式。在本文中,研究该非线性状态空间表达式时不需要将其线性化,因此更加符合导弹飞行末端的物理意义。
  其次,建立了拦截弹末制导的博弈模型。同样为一对一拦截与多对一拦截两种情况。运用博弈理论中的动态博弈与矩阵对策相结合的方法,将拦截弹末制导过程转化为博弈论中的二人竞争博弈模型。选取目标规避策略中有限种机动形式的线性组合作为策略集,再通过选取末制导过程中适当的收益函数,建立了拦截弹末制导的动态博弈模型。
  再次,研究了基于博弈论的一对一拦截问题的制导律。以一对一拦截为背景,运用模型预测算法和粒子群优化算法,求取了此动态博弈模型的纳什均衡解。通过求取的纳什均衡解,得出了分段的切换策略形式的拦截制导律。仿真验证了基于此方法得出的拦截制导律的有效性。
  最后,研究了基于博弈论的多对一拦截问题的协同制导律。以多对一拦截为背景,运用模型预测算法,求取了此博弈模型的纳什均衡解,并得到了适用于多对一拦截问题的协同制导策略。仿真结果验证了该制导律的有效性。
[硕士论文] 杨康华
电子与通信工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:导弹是我国重要的国防战略武器。制导和控制系统是导弹的重要组成部分,控制着导弹的轨迹和目标锁定,对导弹能否有效毁伤目标起到非常重要的作用。因此,对导弹控制装置安全、可靠性检测是确保导弹正常工作的先决条件。由于电气控制装置内有大量的控制芯片、继电器、连接线路,人工对电气控制装置进行检测是十分困难。因此研制一种自动测试系统具有重要的意义。本文根据电气控制装置内部结构特点,设计了自动测试系统检测方案,搭建了控制装置检测平台,达到了预期测试性能。
  在硬件测试方面,本文依据客户提出的要求,自动测试系统需要具有产品自动测试和产品导通测试两种功能。首先,利用工控机通过1553B通讯总线与电气控制装置进行通讯,向产品发送数字量指令完成一系列动作指令,以实现检测设备与控制装置的互联互通。其次,设计数据采集板卡、开关量板卡、电压调理电路和数字量隔离电路,实现对控制装置的16路模拟量进行电压采集,196路数字量与56路开关量进行测量。最后,利用单片机完成对产品的356路导通测试。其中,该自动测试系统具有通道切换功能,能实现五个通道线路分时接通切换。
  在软件上利用LabWindows/CVI开发平台,实现了对整机测试功能、电装测试功能、自检测试功能、导通检测功能。在软件设计中使用的功能包含自动测试,单步测试,遇故障报警并提示出错等内容。对数字量、模拟量进行数据的显示以及信号控制输出。该软件程序具有通用性和模块化,软件界面的设计简洁明了,能使测试工作者根据提示进入对产品的测试。
[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] 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] 白洋
航天工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:超空泡减阻技术可以使枪弹在水下行进时的阻力减小为原来的十分之一,使枪弹在水中有较高的行进速度,较远的杀伤距离,对新一代水下作战的枪弹具有重要的研究意义。本文利用流体分析软件对三种不同外形的子弹和空化器进行了超空泡形成过程的数值模拟,分析在不同深度和不同速度下的超空泡外形和阻力系数,以期提高射弹在水下的性能。本文具体内容如下:
  首先,介绍了超空泡的产生以及空化现象,超空泡数值计算的方法。
  其次,利用流体分析软件对尖弹头、钝弹头和平弹头进行超空泡数值模拟,得到三种弹头在水下的压力云图、速度云图和超空泡外形,得到不同弹头的阻力系数。
  再次,利用流体分析软件分析了用于减少弹头阻力的三种空化器产生的空泡,得到三种空化器在水下的压力云图、速度云图和超空泡外形,得到三种空化器的阻力系数,比较三种空化器产生空泡的难易程度。
  最后,分析不同速度下的三种空化器运动的阻力系数,比较了安装三种空化器射弹的射程。
[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] 高红梅
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:多自由度高速移动机构是链路项目中重要的姿态模拟设备,旨在完成武器性能的测试实验,其性能的优劣直接关系到测试结果的可靠性和可信性,在武器系统研发过程中起到决定性作用。本论文主要完成模拟系统的关键部分——控制系统的相关设计工作。
  本论文首先根据设计指标要求确定了PC机+运动控制卡的半闭环控制方式,设计了包括人机交互系统、驱动系统和运动执行系统的三层结构。而后根据该结构对系统的硬件和软件分别进行了详细设计。其次,建立了控制系统的数学模型,通过Matlab对系统速度控制和位置控制进行了仿真分析,仿真结果表明系统速度精度、定位精度均满足指标要求。最后,本文搭建了性能测试装置,完成了性能测试实验,测试结果表明该多自由度目标姿态模拟系统的速度精度、定位精度等各项性能均满足指标要求。
  多自由度目标姿态模拟系统的控制系统控制精度高,控制简单、可靠。经过多次运行测试,设备运行状态良好,达到了设计指标要求。
[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] 戴晨曦
控制科学与工程;导航、制导与控制 东南大学 2017(学位年度)
摘要:弹载捷联惯导系统(Strap-down Inertial Navigation System,SINS)的精度是决定导弹打击能力的关键因素之一。随着存放时间的变化,捷联惯导系统的惯组(Inertial Measurement Unit,IMU)误差参数发生变化,IM的误差是捷联惯导系统的主要误差源之一,仍然按照出厂参数补偿惯性传感器会导致惯性系统的导航精度变差,降低导弹命中精度。因此需要对长时间存放的弹载捷联惯组进行重新标定,保证惯导系统的精度。传统的捷联惯组标定方法需要将IMU从导弹中拆出,通过高精度三轴转台进行标定,过程繁琐,耗费大量的人力物力,且可能引入新的安装误差。针对传统标定方法的问题,本文以实际弹载车为应用背景,提出了一种弹载捷联惯导系统免拆标定方法,以高精度GPS和主惯导提供速度、姿态、加速度和角速度观测信息,通过Kalman滤波和最小二乘估计待标定惯组的误差参数,在不拆装弹载惯组的情况下对惯性器件进行标定,有效地降低了标定成本,减少了标定时间,对提高武器系统的快速反应能力有重要意义。本文所做的主要工作如下:
  1.研究了弹载捷联惯性导航系统的基本原理和捷联惯导姿态、速度和位置信息的解算方法,建立了弹载捷联惯组中光纤陀螺和石英挠性加速度计的误差模型,推导了北天东坐标系下弹载捷联惯导系统的失准角方程和速度误差方程;
  2.研究了Kalman滤波和最小二乘理论,以高精度GPS提供的速度信息和高精度主惯导提供的姿态、比力、角速度信息为观测量,推导了“速度+姿态”匹配、比力匹配和角速度匹配的系统方程,以此为基础提出了弹载捷联惯导系统免拆标定的原理框架;
  3.研究了基于PWCS和奇异值分解的可观测性分析方法,建立了弹载捷联惯导系统仿真平台,分析了匀速直行、拐弯、起竖、侧倾四种机动下“速度+姿态”匹配、比力匹配和角速度匹配惯组误差参数的可观测度,可观测度分析结果表明拐弯、起竖、侧倾三种机动可以激励出惯组全部24项误差参数;对四种机动下的不同匹配方式进行了数学仿真,仿真结果表明“速度+姿态”匹配、比力匹配和角速度匹配可以得到惯组误差参数较好的估计结果。在可观测度分析和数学仿真的基础上结合弹载车的实际机动能力,设计了免拆标定方案的机动路径和流程;
  4.利用高精度三轴转台模拟弹载车的机动路径,对一套中低精度光纤惯组进行了免拆标定方法的试验验证。以转台提供的高精度姿态信息和角速度信息构造外部观测量,分别进行了“速度+姿态”匹配,比力匹配和角速度匹配不同机动下的标定试验,并以传统分立式标定结果为参照,分析免拆标定结果的精度,并比较了两种标定结果补偿后的纯惯性精度,进一步证明了免拆标定方法的有效性和工程可行性。
[硕士论文] 滕绯虎
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:履带装甲车中悬挂装置的主要作用是弹性地连接负重轮和车体,并利用悬挂装置中的弹性元件吸收和缓冲路面不平对车体造成的冲击,衰减车体振动,从而可保证对车辆操作稳定性和车辆行驶平顺性的需求。履带装甲车辆中常采用扭杆悬挂作为其悬挂装置,而扭杆悬挂的简化模型相当于弹簧振子,受载荷振动后很难达到平稳,不利于装甲车辆的操作稳定性和行驶平顺性。
  本文首先以扭杆悬挂为研究对象进行分析研究,根据扭杆悬挂的工作原理将扭杆悬挂模型进行简化,并对其结构进行优化设计。采用MATLAB/Simulink系统仿真软件及ANSYS Workbench有限元软件对优化后的扭杆悬挂进行性能验证。本文的主要研究内容如下:
  (1)简单阐述了履带装甲车辆常用的悬挂装置。首先简单论述了常用悬挂装置的工作原理和结构组成,同时也分析了扭杆悬挂装置和油气悬挂装置的优点和不足。为后续进行悬挂装置的优化做准备。
  (2)结合扭杆悬挂和油气悬挂的各自优点设计带有阻尼减振器的扭杆悬挂装置和阻尼系数可调的半主动悬挂装置。根据三种悬挂装置中车体及悬挂装置的受力情况,对车体模型进行适当简化,并建立三种悬挂装置的单轮动力学模型和动力学微分方程及四种半车悬挂装置的动力学模型和动力学微分方程。
  (3)利用滤波白噪声法生成路面不平度,模拟路面激励,为悬挂装置的动态仿真提供路面输入。依据建立的悬挂装置的微分方程,利用MATLAB/Simulink系统仿真软件创建三种悬挂装置单轮悬挂仿真模型及四种半车悬挂装置的仿真模型,对悬挂模型进行系统仿真,并对动态仿真结果进行研究处理。仿真结果表明,半主动悬挂装置的减振性能最好,其次为装有减振器的扭杆悬挂装置,扭杆悬挂装置的减震性能最差。
  (4)利用ANSYS Workbench有限元分析软件分析不同悬挂装置对扭杆弹簧的疲劳寿命的影响。根据前面得到的悬挂装置Simulink仿真结果,分别提取三种悬挂装置中扭杆弹簧受到的最大扭矩作为疲劳寿命分析的载荷,并分析三种悬挂装置对扭杆弹簧疲劳寿命的影响。仿真结果表明,扭杆悬挂装置中扭杆弹簧的疲劳寿命最短,其次为装有阻尼减振器的扭杆悬挂装置,而半主动悬挂中的扭杆弹簧具有最长的疲劳寿命。
[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] 孙丹
安全科学与工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:随着装甲防护新材料与结构的不断发展,新型夹层复合装甲结构受到了国内外防护领域研究者的关注,多孔泡沫铝材料因其轻质、高强度、高韧性,以及很好的能量吸收性能,常常运用于夹芯结构中,因此对含泡沫铝新型复合装甲结构的研究也具有重要的实际意义。为探讨新型复合装甲抗侵彻性能,本文首先从理论层面研究了泡沫铝复合装甲的抗射流侵彻性能,然后运用ANSYS/LS-DYNA软件对该复合装甲进行了仿真模拟,主要研究内容有以下几个方面:
  (1)运用应力波传播特性及开尔文-亥姆霍兹流体不稳定性理论对泡沫铝复合装甲的抗射流侵彻性能进行理论研究。结果表明:泡沫铝作为夹芯层可充分降低复合装甲背板质点速度,有效衰减应力波峰值,具有较强的抗侵彻性能。通过理论分析可预测复合装甲在不同面、背板材料,不同厚度、不同倾角情况下对射流的干扰趋势,为泡沫铝复合装甲结构优化提供理论依据。
  (2)运用ANSYS/LS-DYNA软件,通过选取不同的面板及背板材料对泡沫铝复合装甲抗射流侵彻性能进行仿真研究。结果表明:泡沫铝复合装甲结构的抗射流侵彻性能和整体能量吸收特性不仅与盖板材料强度有关,同时与不同强度材料的前后顺序有关。从结构轻量化、抗射流侵彻性能以及泡沫铝复合装甲能量吸收量等方面综合考虑,前面板为陶瓷材料、背板为铝合金材料,即陶瓷/泡沫铝/铝合金组成的复合装甲结构是首选。
  (3)对陶瓷/泡沫铝/铝合金复合结构进行了仿真研究,从不同泡沫铝夹芯厚度、相同厚度复合装甲下不同前后板厚度及布置方式和复合装甲倾角三方面研究了该复合装甲能量吸收规律、射流头部剩余速度以及不同倾角下装甲的防护性能。结果表明:同一倾角θ下,随着泡沫铝厚度的增大,复合装甲背板质点速度呈负指数规律减小;同一泡沫铝厚度下,倾角θ增大时,复合装甲的防护性能先增大后降低;即泡沫铝厚度为2.4 mm、复合装甲倾角为20°时,复合装甲结构抗射流侵彻性能最好。同时合理配置复合装甲面、背板厚度对提高其抗侵彻性能有重要意义,当仅布置方式不同时,间隔式与接触式复合装甲的抗射流侵彻性能的差别较小。
  (4)为优化陶瓷/泡沫铝/铝合金复合结构,在面密度相同的情况下,从不同组合的面、背板厚度比K和泡沫铝夹芯厚度两方面研究了该复合装甲抗射流头部剩余速度、能量吸收规律、应力波衰减及射流的不稳定性。结果表明:同一厚度比K下,随着泡沫铝厚度的增大,复合装甲背板质点速度与应力波峰值都呈负指数规律减小;同一泡沫铝厚度下,厚度比K增大时,泡沫铝及装甲结构吸收的能量先增加后减小;即泡沫铝厚度为2.4 mm、厚度比K为1.25时,复合装甲结构抗射流侵彻性能最优。
[硕士论文] 田园
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:供输弹系统承担着火炮等武器系统的核心工作任务,其动作卡滞故障严重制约战机的把握,所以对其进行状态监测并对潜在故障进行预示意义重大。
  本文对中口径转管火炮供输弹系统的工作原理、常见故障进行了分析,并以此为基础进行测点布置与多场信号采集。针对其多场信号存在高噪声的问题,采用了基于双正交样条小波的自适应分块阈值降噪法,该方法核心为将Stein无偏风险估计作为约束条件,对阈值和邻域分块长度进行自适应优选。该方法相比分块阈值和相邻系数小波降噪,对微弱冲击保留情况最好,且与仿真冲击信号的相关系数最大、均方根误差最小,且可突出实测信号中1~10倍工频频谱能量。之后针对供输弹系统信号中成分复杂的问题,运用主成分分析(PCA)与轮廓似然率相结合的方法对其进行数据降维,在抑制冗余成分的同时保证故障识别的敏感度,并通过简单均匀分布模拟数据对该方法的有效性进行了验证。接着阐述了潜在故障预示的思路:通过参照工况构建PCA模型,找出未知工况与参照工况在主成分轴上潜分数分布的概率密度函数间的差异,并通过Kullback-Leibler散度(KLD)进行表征。之后对KLD的潜在故障识别能力进行了验证:发现在数据概率分布未知的情况下,KLD比威克森等级和检验表现出更好的潜在故障识别能力。之后在双正交样条小波框架内设置了小波的选取准则,并对供输弹系统实测信号构建小波时频图作为PCA-KLD法的输入数据。由于信号频谱能量主要集中于倍工频序列频率点,故将倍工频序列转化为尺度序列,代入到小波时频图的计算中。之后通过三种正常工况数据分别构建PCA模型,对比分析各次试验的KLD值发展趋势,找出了故障征兆。最后通过引入了脱离率的深度置信网络(DBN)对正常、故障、恶化中这三类工况进行智能分类,结果证明该方法相比BP神经网络与普通DBN表现出了较好的分类效果。
[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。
[博士论文] 夏雨龙
电磁场与微波技术 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:相控阵天线由于具有高增益辐射与无惯性波束扫描等优点,因此被广泛应用于雷达、通信以及成像等系统中。平面相控阵天线的波束扫描范围通常只有120°(-60°~+60°),共形相控阵可以突破平面相控阵的扫描范围限制。因此,共形相控阵得到越来越多的关注。
  导引头是引导导弹准确攻击目标的关键装备。目前导弹采用的微波、毫米波导引头主要采用机械控制扫描的平面天线,存在着扫描范围小、速度慢、精度与可靠性低等问题。若依据弹体的锥面与柱面结构构建共形天线,并通过相控波束扫描控制,则可实现全空域(即全立体角)扫描的共形相控阵,这不仅可以极大的扩展导弹的攻击范围,还可以使导弹具备一定的信息后传的能力。现有文献未见有利用柱面与锥面共形结构实现全立体角扫描阵列的报导。因此,研究弹载共形可全立体角扫描的相控阵具有很强的现实意义与理论价值。
  本文首先探讨了柱面与锥面阵列的辐射场求解问题与波束覆盖问题。在求解辐射场的问题中,根据柱面与锥面共形阵列中单元的指向与极化旋转关系,得到了柱面与锥面共形阵列的辐射场的求解方法。在波束覆盖问题中,提出了柱面与锥面阵列实现低仰角波束扫描的方法,并以此得到了弹载共形相控阵全立体角波束扫描的设计方案。
  其次,设计了锥面与柱面共形微带天线单元,并利用所设计的共形微带天线单元构成锥面与柱面共形微带天线阵列以分别实现弹体前向30°≤θ≤150°,60°≤ψ≤120°范围内以及侧向60°≤θ≤180°,60°≤ψ≤120°范围内的波束扫描覆盖。
  再次,基于PEC表面的磁流源辐射模式,设计了柱面共形微带八木天线并以此构成柱面共形后向阵列,实现了弹体后向0°≤θ≤30°,30°≤ψ≤150°范围内的波束扫描覆盖。同时,基于口径投影法对阵列单元馈电幅度进行优化,得到了较为理想的辐射方向图。
  最后,对共形阵列的馈电网络进行了设计,对前面设计的三个阵列进行了组合,并对阵列样品进行了加工与测试。实测结果显示阵列样品可以实现前向与侧向30°≤θ≤180°,60°≤ψ≤120°以及后向0°≤θ≤30°,30°≤ψ≤150°范围内的波束扫描覆盖,满足设计方案的要求。若将数个样品按圆柱与圆锥周向排布,并且引入周向馈电切换,则可以实现全方位扫描覆盖。
[硕士论文] 王泽坤
航天工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:反冲模拟试验系统最初应用在火炮缓冲器研究上,相较实弹发射,模拟试验系统只需要很小装药量,就可以实现与实弹发射近似的动态效果,在自动武器的研制中有着广泛的应用。模拟试验技术不仅可以模拟火炮射击时的动态力,还可以模拟出类似的强冲击力,例如冲压设备工作时的强振动、飞机着陆时起落架所承受的强冲击等。随着试验系统的技术要求日渐提高,以往的模拟试验系统无法满足现实应用,结构急需改进。本文在前人研究的基础上,分析试验系统工作原理及运动过程,引入新的方案,设计一套新型模拟试验系统,以满足现实应用中的新要求。
  根据技术要求中的各项指标,在以往的结构基础上进行改进,设计出一套新的方案。试验系统在运行时能够实现一系列复杂动作来保证各项技术指标。依照结构方案完成模拟试验系统的三维建模,分别阐述各部件的结构特点,并从模拟试验中的动力加载过程、部件运动过程两部分详细说明系统如何实现工作要求,然后对系统的整体运行过程进行数学建模,再将数学模型编制成计算机程序导入数值分析软件MATLAB中,利用其强大的计算能力进行数值仿真。将仿真试验计算分为理想工况、单周期试验、多周期试验三组进行,得到的三组仿真结果数据相互对比研究用以评估试验系统的结构设计是否合理有效。
  仿真数据对比研究表明,各项结果数据误差均在合理范围内,建立的试验系统动力学模型可靠,试验系统结构设计方案可行,对其他缓冲器的模拟试验具有一定的借鉴意义。
[硕士论文] 王迎
航空宇航制造工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:本文是在本课题组研究基础之上进行研究的,采用数值模拟仿真的方法研究四边形格壁剖面结构栅格翼其正置式、后掠式的气动性能及其对应的栅格翼导弹的气动特性研究。本文简述了栅格翼的的发展以及栅格翼导弹的发展,根据空气动力学基础、导弹的总体设计以及大量栅格翼及栅格翼导弹的国内外文献,完成模型的建立。通过solidworks三维建模、ICEM划分网格,采用FLUENT流体仿真软件对四种类型,12个模型,分别在α=4°,Ma=1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0时的气动特性分析,共84组数据。完成不同模型在1.0≤Ma≤4.0下的升力系数、阻力系数和升阻比的数值计算。经数据处理与分析,得出以下结论:
  (1)超声速下,后掠式栅格翼的气动性能比正置式栅格翼更稳定。
  (2)投影面积相同情况下,后掠式栅格翼的升阻比明显大于正置式栅格翼,且后掠式的菱形格壁和四角格壁棚格翼升阻比均大于后掠式矩形格壁栅格翼。
  (3)选用后掠式投影尺寸与正置式尺寸大小相同,选用后掠式菱形格壁栅格翼和四角格壁栅格翼均能有效的增大升阻比,提高气动性能。我们还可以进一步研究相同表面积下,这六种模型的气动性能。
  (4)在超声速下(1.0≤Ma≤4.0),栅格翼导弹的升阻比随着马赫数变化而变化。
  (5)整体来说,针对三种正置式栅格翼导弹模型来说,模型DSJ和模型DLX的气动性能比模型DJX的气动性能要好,并且比较稳定。
  (6)数值模拟对比研究三种后掠式栅格翼导弹和三种四角形正置式栅格翼导弹,超声速下,在1.0≤Ma≤2.0之间后掠式栅格翼导弹相比于格壁剖面流线型栅格翼导弹改善了气流现象。在2.0≤Ma≤4.0之间,后掠式栅格翼导弹相比于格壁剖面流线型栅格翼导弹改善了气流现象,气动力性能更好。
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