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[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] 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] 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] 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] 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] 付行华
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着身管炮技术的发展和实战运用要求,对身管炮弹药的智能化要求越来越高。如何精确地获得该类弹丸的炮口初速以及如何将有关炸点信息的信号准确有效地传递给弹丸引信控制模块已经成为当前各国智能弹药研究的热点问题。
  本文研究如何对身管炮弹丸进行炸点指令的高速传输和内弹道速度信息的实时获取。根据特定的身管炮型号和电磁波在金属圆波导中传输模式的场结构特点,论文提出了基于圆波导 TE01模式的高速指令传输和弹丸内弹道速度信息获取方案。
  本文的主要工作如下:
  1、提出高速指令传输和弹丸内弹道速度信息的获取方案。首先根据特定的身管炮型号尺寸,计算对应圆波导TE01模式的截止频率,得到合适的微波工作频段;其次结合TE01模式场结构特点,采用同轴线TEM模式经矩形波导激励金属圆管内的 TE01模式。最后根据工作频率范围和高速调制要求,设计基于锁相频率合成和调制开关作为脉冲调制信号发射框架,回波信号通过环形器与信号源载波下变频后中频调理的方案。
  2、研制用于指令调制的脉冲调制模块。首先通过锁相频率合成方式设计了低相噪频率源模块,其在4.15GHz频率处相位噪声达-92.33dBc/Hz@1kHz,-103.5dBc@10kHz;其次针对指令信号电平为 TTL电平及调制速率高的要求,采用开关调制方式进行了脉冲调制功能模块的设计与制作,其调制速率达到16MHz,调制隔离度达到27dB。
  3、研制了小型化的弹载指令信号解调模块。根据微波检波原理,选用型号为HSMS-286K肖特基二极管,设计了C波段高速检波电路,实现了对16MHz调制速率的脉冲调制信号解调。
  4、研制了用于激励圆波导TE01模式模块,包括激励波导和一分四窄带功分器。
  5、搭建实验系统进行模拟实验。实验结果表明,脉冲调制源及小型化高速检波电路可实现指令的的高速调制及解调;利用模拟的弹丸内弹道信号测试了多普勒回波信号通道的信号调理情况。
[硕士论文] 陈雷
兵器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:本论文首先阐述了某型38mm防暴弹发射器的自动机工作原理,并且介绍了自动机的结构组成及机构动作,然后根据其自动机的运动特性,设计一套防暴弹自动机动态模拟试验系统,依照平行四边形法则建立了模拟自动机的三维模型,并采用刚柔耦合的方法进行ADAMS动力学仿真分析计算,得到载荷谱数据,应用ANSYS-Workbench有限元软件分析得到强度校核结果文件,进而为模拟试验系统的测试功能提供保障。
  采用ADAMS虚拟样机技术,建立防暴弹自动机动态模拟试验系统的动力学仿真模型。利用ANSYS软件对弹链进行柔性化,并将柔性体导入ADAMS中建立刚柔耦合动力学仿真模型,获得了不同激励下自动机模拟试验系统的动态响应,并根据模拟弹的位移变化拟合出了其在自动机内的运动轨迹。动力学仿真分析计算为后续强度分析提供了数据支撑。
  应用ANSYS-Workbench有限元分析软件,对防暴弹自动机动态模拟试验系统的整体结构进行了前6阶的模态分析,得到了对应频率下的振动特性,为结构的设计及优化提供参考。对压弹齿等关重件进行了强度校核,分析应力云图及最大应力变化曲线,结果显示满足强度要求。对压弹脱链进行了有限元瞬态分析,得到了弹链的应力应变变化和变形量,为弹链的结构优化提供了参考。
  根据测试系统的组成和功能,对传感器进行选型和安装调试,其中包括扭矩传感器、拉压力传感器、位移传感器、加速度传感器、六自由度传感器等,并通过数据采集和图像处理技术得到所需的机构运动规律曲线,然后对比仿真结果,分析机构整体设计的优劣性,对防暴弹发射器的设计改进具有重要意义。
  本论文在对防暴弹模拟自动机的设计、仿真和测试过程中所采用的分析流程及方法,可为同类自动机或机械设计的分析提供参考和新的思路。
[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。
[硕士论文] 杨志
仪器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:冲击波是武器弹药威力研究的重要参数,可以为武器弹药的毁伤效能评估及地面防护提供有力依据。随着分布式测试技术和无线通信技术的飞速发展,出现了基于ZigBee和蓝牙等无线通信的分布式压力测试系统。当爆炸场测试节点数量增多、数据容量增大以及测试要求提高时,对爆炸后无线数据回收速率提出了更高的要求。针对以上问题,本文具体研究内容如下:
  一、结合以太网通信技术,将以太网接口的无线通信模块应用到分布式压力测试系统中,设计了具有无线通信功能的冲击波压力测试节点。该节点主要由以太网接口式无线通信电路、ICP传感器、信号调理电路、信号采集存储电路和电源电路等几部分组成,可以对冲击波信号进行采集、存储,并将采集到的信号通过无线通信模块发送至无线控制终端,以便后续数据处理。
  二、本文构建了分布式压力测试系统的专属无线局域网络。该网络主要由测试节点、覆盖AP、中继AP、接入点AP和控制终端组成。在该网络中,一方面根据链路预算法对前端覆盖范围进行了预测,覆盖半径可达216米,且能在测试现场迅速组建;另一方面,通过增加无线中继来加大无线通信的距离,实现了控制中心对远距离处测试场中测试节点的集中管理。实验中,不仅对无线测试节点的电路功能及无线局域网的通信功能进行了验证,且无线覆盖距离达到了200米,无线数据传输速率最低也可达1200kbps。在此基础上,针对2.4GHz无线信号的传播特性进行了信道建模,用实测信号建立了近地电磁波信号的对数衰减模型,该模型表明无线信号会随覆盖距离的增加而呈对数衰减的趋势,并用相同环境下的测试数据验证了模型的合理性,即模型所得205米的覆盖距离与实验环境下所得有效覆盖距离200米十分接近。最后,对中继的远距离传输进行了实验,实验中无线传输距离达到了2公里。
  在实际弹药爆炸试验中,本文所研究的以太网接口无线通信系统具有良好的稳定性和可靠性,且具有一定的实用价值。
[硕士论文] 曹玉鑫
兵器工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:射程是武器系统的重要战术技术指标。随着精确制导技术的发展,迫击炮弹的射击精度大大提高,因此提高追击炮的射程非常重要。而火炮射程的提高,无论在进攻还是防御中,都可以对敌方的有生力量进行有力的打击。因此,本文设计了四喷管固体火箭发动机增程追击炮弹并对其进行了气动特性分析。主要研究内容如下:
  首先,对四喷管火箭增程追击炮弹的外形、战斗部、发动机系统以及稳定装置进行了总体结构布局设计。
  其次,建立弹丸质量变化模型、发动机推力模型和质点弹道模型,运用ISIGHT优化设计软件分析了射角、发动机点火时间、发动机工作压力和推进剂质量对射程的影响规律,得到了发动机的最佳工作参数。
  然后,在上述参数的基础上对发动机装药进行具体设计,利用UG曲面偏置功能得到燃烧面积随已燃厚度的变化规律,进而建立火箭发动机内弹道方程组,解算得到压力-时间曲线,并与优化的结果进行对比分析;在考虑推进剂材料的粘弹性情况下,利用ABAQUS有限元仿真软件对弹丸膛内运动过程进行了仿真模拟,得到了发射过程推进剂药柱和其它主要零件的应力分布,同时用添加垫圈的方法很好的解决了药柱底部因受力不均而产生的应力过大的问题。
  最后,应用Fluent计算流体力学分析软件,对比分析了在有喷流和无喷流两种状态下火箭增程迫击炮弹的气动特性,分析结果表明:喷流使阻力增大,随着马赫数或攻角的增加喷流对阻力的影响有减小的趋势,喷流对升力和力矩的影响不明显。稳定性储备量的计算结果显示有喷流和无喷流的稳定性储备量都在12%以上,满足稳定性要求。
[硕士论文] 赵化彬
仪器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:随着钻地侵彻武器的发展,钻地弹地下爆心位置的测定十分必要,可以在地表布设分布式测试系统,通过一定的测试技术和信号处理技术对获取的振动数据进行处理,进而确定爆心位置,本文主要内容如下:
  一、对地下震源定位技术做了一定研究,运用偏振分析法分析了单一测试系统所得三轴加速度数据,确定了地下爆炸“震中”位置的测试方法。进而提出了基于等效震级准确度的测试点数据可靠性评价因子,利用该评价因子对分布式测试系统中多套系统所测得的不同“震中”进行处理,得到更接近实际情况的“震中”位置。同时将该评价因子应用在爆心深度测试中,最终得到了更为准确的爆心位置。
  二、运用ANSYS-LS DYNA软件进行仿真,仿真采用25kg TNT炸药作为爆炸源,爆心位置位于地下5米,周围为土壤环境,上部为空气。获取了不同方位不同距离的24个观测点处的三轴加速度数据。根据所获取数据对爆心进行定位,“震中”定位误差为0.23米,爆心深度定位误差为0.27米,最终得到爆心位置定位误差仅为0.35米。对比分析了仿真结果,对测试点选取方法进行了讨论,测试点应尽量环绕爆心各个方向并尽量接近爆心以减少爆心位置测试误差。
  三、设计了爆炸地震波分布式测试系统,该测试系统由数字加速度传感器、FPGA、存储器和USB模块等构成,通过USB协议与上位机实现通信,上位机软件基于LabVIEW平台进行设计,测试系统具有采集、存储、数据读取和显示的功能。同时,针对测试系统关键性能开展了相应保障技术的研究,采用了基于非本原的BCH码对存储数据进行纠错,保证了系统数据可靠性;采用磨损均衡算法延长了系统使用寿命,确保测试系统长期稳定工作,节约经济成本。
  本文对爆心定位相关基础理论进行了研究与分析,得到爆心定位方法,由仿真结果可知,该方法可以较为准确地确定爆心位置。设计了分布式测试系统,并对系统关键性能做出相应保障措施,可以确保系统获取可靠的数据,对爆心定位方法进行支撑。
[硕士论文] 李晶
仪器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:低空慢速小型无人飞行器(以下简称“低慢小”)因其升空突然、易操控、反射截面小、隐蔽性强等特点,使其成为城市防空的难点和重点。单兵发现“低慢小”飞行器并实施拦截时,不宜使用现有的防空武器和枪支等杀伤性武器,需选择低附带毁伤的拦截方式。而弹药电子延时引信部分是对“低慢小”飞行器实行精确拦截的关键,传统的弹道解算多运行在大型计算机系统,结构复杂,不方便携带,因此,需要研究一种结构简单、小型化的弹道解算器,使其应用于单兵拦截“低慢小”飞行器的弹药引信装定系统中。
  论文通过参阅大量文献,研究了弹丸质心运动模型及其数值解法,整合外弹道实时解算和命中迭代算法,研究了设计合理提前量、在恰当位置拦截“低慢小”飞行器的精确快速弹道解算方法;设计了拦截弹药电子延时引信的整体方案,采用以STM32F407和STC89C52RC单片机为核心器件,进行弹道解算器和引信接收装置的设计;通过无线传输方式实现弹道解算器和引信接收装置的通讯,引信接收装置工作时通过读取存储器中接收到的信息来确定延时时间,搭建了硬件电路;最后,对系统进行了功能验证。
  本论文在原电子延时引信技术的理论基础上,完成了对弹道解算器部分的改进设计,对单兵拦截“低慢小”飞行器有一定的应用价值。
[硕士论文] 仇东旭
兵器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:火箭弹在大气层中飞行,主要研究它的飞行轨迹,其中数气动力参数对轨迹的影响最大。但是,在射击实验中,所用的雷达、地磁测量装置等设备只能测得火箭弹的基本数据,不能够直接得到这些气动力参数。在做风洞试验的时候,能够直接测得各个气动力参数,以及用科学理论的计算方法能够求得这些气动力参数,但误差较大,也不能真实模拟火箭弹飞行状态,已不能满足实际需要。这篇论文所要研究的就是用参数辨识的方法对弹道修正火箭弹气动力参数进行辨识,研究的主要目的是:从靶场的射击实验中用各种测量设备(雷达、地磁测量设备等)测得的外弹道基本数据,从这些数据中辨识出对火箭弹外弹道影响较大的气动力参数。
  本文结合系统辨识思想和最优化理论,对比了三种经典的参数辨识方法,提出了以最小二乘法作为参数辨识的基本方法。结合Isight参数优化软件,根据本文的辨识任务和目的,推导出了四自由度弹道方程组,找出了适用于本次辨识的气动参数模型,选取了零升阻力系数和升力系数导数以10%的误差作为本文的设计变量初值、弹道残差作为本文辨识的目标函数,最后又选取了几种适用于本次参数辨识的优化算法,对弹道影响较大的零升阻力系数和升力系数导数分别进行辨识,并将仿真结果应用到工程实践中,得出计算弹道与实测弹道数据距离的最大偏差约为38米,高度的最大偏差约为30米,横偏的最大偏差约为24米。验证了该方法在实际工程中应用的可行性。
  在进行气动力参数辨识的过程中,要做到快速的、精确地的辨识,因此,我们要注意到各个气动力参数在整个外弹道中的互相耦合的作用,论文以鲍威尔方法为优化算法开发了气动力参数辨识软件,该软件功能比较完善,用它对零升阻力系数和升力系数导数进行反复辨识,可得到计算弹道轨迹与实测弹道轨迹的比较以及残差收敛情况。辨识结果表明,计算弹道与实测弹道数据位置计算残差的标准差约为30米。研究表明用所开发的气动力参数辨识软件进行气动力参数辨识计算精度高,能够非常准确的应用在实际的弹箭工程设计中。
[硕士论文] 田利伟
兵器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:地磁场因具有无源性、隐蔽性等特点而成为弹道修正类弹药滚转角测量的首选。但是弹上各种干扰磁场、安装结构误差等因素的影响,造成地磁测角装置输出偏差,从而影响弹体滚转角解算的精度。基于这一背景,本文对地磁组件安装误差、感应磁场以及涡流磁场引起的测角误差进行了仿真分析,得出相应结论可为工程应用地磁方法测量弹体滚转角信息,降低误差因素影响提供理论指导。
  首先,根据地磁测角装置的工作环境及性能要求,进行了测角装置的总体设计,并对弹上有限空间内安装地磁测角装置做了简单介绍,引出安装误差问题。
  其次,地磁测角装置的测量过程是磁传感器拾取地磁场矢量信息,经过放大后,将地磁模拟量进行数字化处理。数字化过程中受各种因素的干扰,存在非线性误差。所以在仿真安装误差、感应磁场与涡流磁场引起的地磁数字信号变异及测角误差时,需要已知地磁测角装置感应地磁模拟量与输出数字量之间的对应关系。基于此,文中通过实验方法,建立了地磁测角装置的数字化模型。
  最后,在对地理磁场、安装结构误差及地磁测角原理分析的基础上,建立了地磁测角原理的坐标模型。根据模型中的坐标转换关系与地磁测角装置的数字化模型,编写了完备的地磁测角模型程序,通过修改程序的读入参数,分别仿真分析了安装误差、感应磁场与涡流磁场引起的地磁数字信号变异情况及导致的滚转角测角误差。
  通过仿真结果可知,对于使用地磁方法测量弹体滚转姿态信息的控制类弹箭系统需要对测量系统输出的地磁数字信号进行补偿校正处理。对于低转速的火箭弹,感应磁场和安装误差是引起滚转角误差的主要来源,而随着弹体滚转速度的增加,涡流磁场引起的测角误差加大。本课题研究得出的结论可为地磁测角装置的安装及地磁误差补偿校正技术提供理论依据,具有工程应用价值。
[硕士论文] 赵雄飞
兵器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:超高速弹丸在超高速飞行过程中发生强烈的气动热问题,不仅弹丸表明温度升高,其内部装药也面临着严重的热环境。本文对超高速弹丸气动热问题采用三维非稳态算法,使用GAMBIT软件对弹丸模型进行混合网格划分和边界设置。为了验证计算的可靠性,分别从两个方面进行了验证。其一是从弹丸的气动特性方面进行验证,将弹丸的气动系数的计算结果与理论值进行对比,对比发现弹丸阻力系数与理论一样,在超高速下随马赫数增大而减小,其变化曲线呈抛物线形,其二与文献对比认证。文献已经与实验一起验证了其计算气动热的可靠性,而本文算例与文献对比发现,在相同弹丸模型和相同条件下进行的气动热计算结果与文献一样,误差在10%以内,因而可以利用此方法计算超高速气动热问题。本文从四个方面探讨了超高速弹丸以及内部装药热温度的情况:1)弹丸材料。弹丸材料不同则其吸热能力和热传递速度也会不一样,影响着弹丸以及内部装药的温度变化;2)弹丸壁厚。研究了弹丸两种壁厚情况下对内部装药热温度影响;3)弹丸的外形参数,分别研究了不同弹丸头部、不同锥角对气动热的影响,也绘制出了在飞行过程中弹丸内部装药的温升变化曲线;4)飞行状况。文中计算了不同马赫、不同海拔高度下的气动热情况并进行了分析。本文研究能为超高速弹丸外形设计和内部装药的安全设计提供数据依据,提高超高速弹丸和内部装药设计效率。
[硕士论文] 李庆鑫
兵器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:对于披挂爆炸式反应装甲的目标通常采用串联战斗部对其进行毁伤。利用串联战斗部前级清除反应装甲对主战斗部的干扰。根据串联战斗部前级作用原理分为引爆和穿而不爆两类。本文对小口径聚能装药对反应装甲的穿而不爆进行研究,以期对反坦克串联战斗部前级的设计提供一定参考。
  本文首先介绍了国内外爆炸式反应装甲以及穿而不爆式破甲战斗部的发展现状,并对炸药的冲击起爆及起爆判据进行叙述,推导出射流剩余速度计算公式;随后对铜、PTFE为药型罩材料的不同口径的聚能装药的射流成型过程进行仿真计算及分析,了解装药结构的基本性能。最后对小口径聚能装药冲击反应装甲进行了仿真计算及分析。
  通过导出的射流剩余速度的计算方法,在得知射流性能参数及夹层装药前屏蔽物厚度的情况下计算出剩余射流速度,再利用u2d起爆判据对是否起爆进行判断。研究结果表明:(1)小口径情况下铜射流拥有比PTFE更好的穿而不爆稳定性;(2)通过对射流侵彻过程的分析,发现小口径聚能装药在侵彻反应装甲时,冲击面板产生的前驱冲击波及变形面板的压缩对夹层装药的加载强度不足以使炸药发生激烈的反应,炸药往往是在射流直接加载的情况下出现燃烧、爆燃、局部爆炸等反应。(3)可将小口径形成射流对带壳装药的冲击起爆简化为穿过屏蔽物的剩余射流冲击起爆裸炸药问题。(4)30mm口径铜药型罩聚能装药较其他几种结构不仅拥有较强的侵彻能力同时还具有备良好穿而不爆性能及稳定性。
[硕士论文] 夏晨光
兵器工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:地磁导航技术在制导弹药中应用已成为一种趋势,为了实现精确的打击在常规弹药的基础上发展了弹道修正技术。本文针对磁场模拟控制系统设计套磁场模拟控制器的半实物仿真系统,通过反馈到上位机GUI界面来验证磁场模拟控制器的可行性。磁场模拟控制器的半实物仿真系统提供动态地磁场环境,重现弹药在飞行过程中的磁场模拟控制器感应地磁场的变化。本文主要围绕基于DSP的磁场模拟控制器来展开,在弹药飞行轨迹的数据解算、地磁场模型、控制器的硬件和软件设计等方面做出了分析与研究。
  首先,对几个常用坐标系及坐标系之间的相互转换做了分析,通过分析作用在弹药飞行上的力和力矩以及运动学方程,建立了Simulink的仿真模型,可以用来产生地磁模拟的数据。
  其次,对地磁场的特性进行了描述,并建立了地磁场的数学模型。分析了弹上的地磁分量,同时对磁传感器的类型进行简单的介绍,建立了弹体下的地磁场强度测量的仿真模型。之后,基于Matlab/GUI设计了磁场模拟软件,提供了一个简捷、直观的可视化界面来显示磁场数据。
  再次,基于DSP设计了一个磁场模拟的控制器,硬件部分包括:PWM波形、电源驱动、电流采样电路、过流检测电路设计、故障检测以及AD校正。软件部分包括:时钟部分、AD采样子部分、中断信号的设计、保护中断部分。
  最后,通过实验对磁场模拟控制器的可行性进行了分析研究,设计了实验方案,把磁矢量信号通过磁场模拟器产生电流信号,经过磁场发生装置,产生磁场并使用传感器测量出磁场强度,把数据反馈给上位机,通过上位机与理论上的双轴磁场输强度输出进行校验。
[硕士论文] 王超
兵器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:现有药型罩母线的几何形状一般以直线、圆形、椭圆形、球缺形以及他们的组合等为主,除此之外,还有几何形状为双曲线的喇叭形药型罩。但随着防护装甲的不断升级,现有的几何形状的药型罩,特别是单母线的药型罩,越来越难以研发出新型的结构。为此,本论文通过曲线方程,探讨了除以上几种单母线药型罩外,还有多次方程、正弦以及高斯曲线形成侵彻体的成型效果,得出了高斯曲线作为药型罩母线几何形状的优势。
  本文在对国内外聚能装药形成毁伤元研究基础上,设计了一种高斯曲线药型罩的战斗部装药结构,首先利用AUTODYN-2D有限元仿真对高斯曲线药型罩的战斗部装药结构的毁伤元成型过程进行数值仿真研究,同时针对不同因素对高斯曲线药型罩成型的影响进行数值模拟,分析了高斯曲线药型罩的壁厚(变壁厚和等壁厚)、装药长径比对其射流成型的影响;然后采用点起爆、环起爆两种不同的起爆方式,探讨了起爆位置对射流成型的影响;接着通过改变隔板的形状以及直径对其成型进行了分析;最后通过正交优化和侵彻靶板仿真,不仅优化了高斯曲线药型罩的结构,同时也对高斯曲线药型罩的侵彻性能有了一个明确的了解。
  研究表明:(1)变壁厚高斯曲线药型罩比等壁厚高斯曲线药型罩形成的射流成型效果更好,杵体更小。(2)就点起爆而言,采用顶部中心点起爆射流的成型效果和速度最好;而对于环起爆,环起爆半径不宜过小,在环起爆半径为40mm时射流的成型最好。(3)隔板直径对射流的成型以及头部速度影响很大,当隔板直径为0.9D时,射流的速度最大,射流细长,不宜拉断;而隔板的形状对射流的成型有一定影响,但对射流的最终速度影响不大。(4)通过侵彻靶板仿真,高斯曲线药型罩的侵彻能力优于相同口径下的锥形罩的侵彻能力。
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