NUMERICAL ANALYSIS OF ARC MOTION IN RAILGUN MUZZLE UNDER THE EFFECT OF BACKFLOW

在电磁轨道炮发射过程中,膛口外的高温气团以远高于声速的运动速度向内膛运动,这会使得膛口的电弧形态发生改变以及电弧位移。为了实现膛口电弧运动过程的数值计算,本文基于磁流体理论,引入了一种和电弧等离子体自身电导率密切相关的电位边界条件处理方法,建立了膛口位置电弧仿真模型。对回流效应下的电弧运动规律进行了分析,并且研究了运动过程中电弧对内膛流场的温度分布产生的影响。结果表明电弧的运动加剧了膛内温升。     

回流效应下电磁轨道炮膛口电弧运动的数值分析

在电磁轨道炮发射过程中,膛口外的高温气团以远高于声速的运动速度向内膛运动,这会使得膛口的电弧形态发生改变以及电弧位移。为了实现膛口电弧运动过程的数值计算,本文基于磁流体理论,引入了一种和电弧等离子体自身电导率密切相关的电位边界条件处理方法,建立了膛口位置电弧仿真模型。对回流效应下的电弧运动规律进行了分析,并且研究了运动过程中电弧对内膛流场的温度分布产生的影响。结果表明电弧的运动加剧了膛内温升。     

内含运动物体的非定常流场计算

本文改造了高阶精度的MUSCL(MonotonicUpstream-centered Scheme for Conservation Laws)差分格式,对含有膛口装置和运动弹丸的火炮膛口流场进行了数值模拟,得到了由空气冲击波和射流近场结构所组成的全流场流动图象。     

火炮动力响应研究-应用多普勒效应测量弹体速度及炮体后座力

本文提出了利用多普勒效应测量弹头在炮膛内速度的方法，该法具有非接触测量的优点，当炮弹装药质量大大小于弹头质量时，借助此方法而获得弹头在膛内动量的变化，从而推得火炮发射时的后座力。     

制导炮弹飞行姿态的卡尔曼滤波估计方法

制导炮弹控制系统要求炮弹飞行姿态测量信息具有良好的准确性和实时性.为解决制导炮弹飞行姿态的高精度滤波估计问题,根据外弹道攻角运动方程和MEMS角速度陀螺测量方程分别建立姿态角滤波系统状态模型和量测模型.考虑实际陀螺随机白噪声的影响,结合弹载全球定位系统信息及地面弹道试验数据,并利用非线性卡尔曼滤波估计方法,对制导炮弹飞行姿态进行了滤波估计.为提高滤波估计效率,对比了Unscented卡尔曼滤波和一种混合卡尔曼滤波两种非线性滤波估计方法,滤波估计结果表明两种方法得到的姿态精度均能满足测量要求,而运算效率后者相对前者可提高约6％,稳定性也较好,因此在工程上更实用.     

膛内等离子体点火及燃烧增强过程数值模拟

在初始点火过程中 ,假设等离子体为充分发展射流流动 ,因而可采用积分近似模型进行描述。而在随后的膛内燃烧过程中通过以经验公式给出等离子体混合长度的方法来处理等离子体的运动 ,并给出了合适的相间阻力及传热公式。通过在计算网格设计中引入了自适应方法提高了数值解精度。计算膛压曲线与实验符合良好。相对常规内弹道情形 ,等离子体能量的注入使在不同时刻膛内的气、固两相速度、压力和膛底温度等出现提高 ,这是等离子体注入后对内弹道的增强过程。计算结果为固体工质电热化学炮的弹道设计提供了理论依据。     

考虑两相流内弹道的自行火炮发射动力学计算

为了更加准确地计算火炮弹丸的起始扰动,将两相流内弹道应用于发射动力学研究。建立了完整的自行火炮系统发射动力学方程组,包括火炮系统的体动力学方程组、弹丸在膛内运动的动力学方程以及两相流内弹道方程。编制了计算程序,实现了对某自行火炮发射过程的数值模拟,在准确计算内弹道过程的同时,获得了火炮的动力响应、弹丸膛内运动和起始扰动。部分模拟结果与实验实测结果吻合较好。计算表明,采用两相流内弹道模型将提高发射动力学计算精度。     

膛口流场一维简化非傅里叶传热模型

针对膛口流场复杂的传热现象提出一个简化的工程计算模型。根据该模型得出:在一定条件下，流场内存在非线性波传热模式，并把运动的膛口焰火球近似看成一个非线性波，所得计算结果与实验数据相符。     

考虑活塞回复的侧向后喷武器两相流数值模拟

为研究活塞回复运动对火药燃气流动的影响,基于两相流理论对活塞控制侧向后喷武器的发射过程进行了数值模拟研究。考虑控制侧向后喷通道开闭的活塞-弹簧系统的往复运动,建立了结合膛内气固两相流、活塞腔内流固耦合和侧向排气管内气体瞬态流动的武器发射过程数学模型,并将数值模拟结果与相关文献进行了比较验证。得到了该武器发射过程中膛内流场分布与稀疏波传播特性,并与普通武器的膛内流场进行了对比分析。进一步研究了活塞回复运动对火药燃气流动和减后坐效率的影响。结果表明:相对于不考虑活塞的回复运动,在弹丸初速都降低1.52%的情况下,因为活塞回复关闭后喷通道,其减后坐效率由38.86%下降到32.88%,说明在此类武器研究中,不可忽视活塞回复运动。     

固定鸭舵双旋弹全弹道动态稳定性及其影响因素

为研究固定鸭舵双旋弹全弹道飞行时的动态稳定性问题,在小攻角条件下建立复攻角运动的状态空间模型,并应用霍尔维茨方法导出其特征根实部皆负的一般性条件.针对起控前/后前体滚转角的运动特点,利用常规旋转弹的稳定性分析方法,建立固定鸭舵双旋弹在不同飞行状态下的动态稳定性判据,其与常规旋转弹的形式相似,无控飞行时在升力和静力矩项中对应增加了舵面控制力和力矩项;有控飞行时进一步增加了有关项相对增量的影响.据此在后体参数确定的条件下推导舵面参数约束条件,并分析操纵舵控制力系数导数、安装位置和舵偏角对动态稳定性的影响,揭示了该类炮弹动不稳定形成的原因.对复攻角运动在不同条件下的仿真分析结果表明,当舵面引起的有关项相对增量同时位于无控和有控飞行的边界曲线内时,固定鸭舵双旋弹全弹道飞行动态稳定,验证了本文推导的动态稳定性判据和舵面参数约束条件合理,为该类炮弹的研制提供了理论依据与设计参考.     

影响流体力学仿真精度的数值积分因素

为了获得精确的流体力学仿真效果,本文对其中的影响因素之一－数值积分因素进行了研究,得到了满意结果时应用的数值积分方法的精度和步长。     

三维Laplace方程边界元中线性单元的精确积分法

边界元中的边界积分计算影响计算精度和计算速度。非奇异积分一般采用数值积分，当配置点接近积分单元时，计算精度降低。未知函数线性插值得到的解是连续解，但计算难度增大。本文采用积分区域变换，将三维Laplace问题的二维积分化为一维积分，这样奇异积分和非奇异积分能采用精确积分的方法计算，使求解精度，计算速度都得到提高。     

On the comparative optimal analysis and synthesis of four-bar function generating mechanism using different heuristic methods

In this research, optimal synthesis of function generation of four-bar linkages is investigated using different heuristic optimization methods. The novelty of this study is that we considered the five precision point’s distribution and both stroke angles of the follower and crank links as the optimization variables. Therefore, a non-linear optimization was done with seven variables. Different optimization techniques, including heuristic and gradient based methods were used for optimization and were completely compared. Finally, general solutions were found and distribution of precision points for some desired functions was rationalized. GA-Hybrid seems to be the best method in finding global optimums in cases that the problem is sorely nonlinear, and also it is fast. Even it seems that distribution of precision points is independent of stroke angles of the follower and crank links. Some precision points are out of the design domain, and they are sorted in a way that they can describe the behavior of desired function better.     

三维形状检测中的参数标定研究

应用投影栅线法在现场检测三维物体的形状时，参数标定是影响测量精度最重要的一个因素。本文研究了三维形状检测过程中的参数标定问题，并应用傅里叶位相解调技术处理实验数据。提出了坐标系统及几何参数的标定技术，推导出考虑栅线节距变化的计算公式。给出了部分实验结果，并讨论了测试精度。     

一种提高车载定位定向系统定位精度的方法

在车载定位定向系统中,通常采用停车修正或引入GPS等外信息校正系统,这会降低陆地武器装备的战场生存能力和自主性。基于上述情况,分析了惯导系统以及与里程计构成的航位推算系统的误差模型,得出了惯导系统短时间内定位精度高以及航位推算系统定位误差随时间增长缓慢的规律。据此推导并提出了一种提高系统定位精度的方法,该方法不需要停车或外部信息,首先利用惯导系统对航位推算系统进行校正,估计出里程计标度因数误差和载车的安装误差并进行补偿;之后利用航位推算系统对惯导系统进行校正;采用加权函数对系统位置输出进行加权优化处理。理论分析和仿真实验表明利用此方法在2 min内能估计出里程计标度因数误差和载车的安装误差,估计精度在90%以上;加权后的位置输出精度在0.2%D(D为里程)以上。     

Determination of the size of the representative volume element for random composites: statistical and numerical approach

The representative volume element (RVE) plays a central role in the mechanics and physics of random heterogeneous materials with a view to predicting their effective properties. A quantitative definition of its size is proposed in this work. A RVE size can be associated with a given precision of the estimation of the wanted overall property and the number of realizations of a given volume V of microstructure that one is able to consider. It is shown to depend on the investigated morphological or physical property, the contrast in the properties of the constituents, and their volume fractions. The methodology is applied to a specific random microstructure, namely a two-phase three-dimensional Voronoı̈ mosaic. Finite element simulations of volumes of different sizes are performed in the case of linear elasticity and thermal conductivity. The volumes are subjected to homogeneous strain, stress or periodic boundary conditions. The effective properties can be determined for large volumes and a small number of realizations. Conversely, smaller volumes can be used providing that a sufficient number of realizations are considered. A bias in the estimation of the effective properties is observed for too small volumes for all types of boundary conditions. The variance of computed apparent properties for each volume size is used to define the precision of the estimation. The key-notion of integral range is introduced to relate this error estimation and the definition of the RVE size. For given wanted precision and number of realizations, one is able to provide a minimal volume size for the computation of effective properties. The results can also be used to predict the minimal number of realizations that must be considered for a given volume size in order to estimate the effective property for a given precision. The RVE sizes found for elastic and thermal properties, but also for a geometrical property like volume fraction, are compared.     

基于时域位相分析的云纹法形貌测量技术研究

采用影像云纹法和时域相位分析技术研究了物体形貌测量的新方法.通过研制高精度旋转平台,利用栅线旋转的方式使栅线的空间频率以一定的规律变化,使物体的离面高度与该点的灰度变化率有关.在利用FFT确定灰度变化频率时,采用补零的方法提高了频率的确定精度,从而有效地提高了物面形貌测量的精度.实验发现:当补零倍数达到原始长度的128倍时,使用空间频率为5 l/mm的栅线精度可以达到0.02mm.本文讨论了该方法相关技术参数的选取方法,给出了标定实验和利用该测量系统实际测量门齿生长发育沟的实例,阐述了牙齿表面形貌数字化在牙科修复手术中的意义.通过具体标定过程与应用实例,证明了本文提出的测量方法提高了测量精度,简化了测量过程,在云纹干涉形貌测量领域有了新的突破.     

海洋重力传感器伺服回路分析与设计

海洋重力仪是改善舰船惯导系统精度的重要设备，其重力传感器的伺服回路决定着仪器的精度和动态性能。作在介绍零长弹簧海洋重力传感器结构原理的基础上，研究其伺服回路的结构组成和设计方法，分析了其主要环节参数对系统性能的影响，考察了其时域性能，对海洋重力仪的研制具有重要指导作用。     

转台测角系统标定方法的研究

本文提出一种高精度转台测角系统标定的新方法，该方法以光电自准直仪作为标定基准，用齿盘、多面棱镜作角度给定，转台工作在速率状态下，自动完成高精度转台测角系统标定任务，给出标定精度和误差曲线。该方法避免了人为因素造成的测量和计算误差，使标定过程更加快捷、准确、可靠。     

确定应力强度因子的光弹性法与焦散线法

以光弹性法及焦散线法的基本原理为基础,对两种方法在确定应力强度因子方面进行了比较。发现对于纯I型裂纹问题,光弹性法的精度低于焦散线法的精度;对于I－Ⅱ混合型裂纹问题,就张开型应力强度因子而言,光弹性法的精度低于焦散线法的精度,而就滑移型应力强度因子而言,光弹性法的精度高于焦散线法的精度。