<正>《火炮发射与控制学报》是由中国兵工学会主办、西北机电工程研究所和中国兵工学会火炮专业委员会承办的火炮专业综合性学术期刊。本刊为中文核心期刊和《中国学术期刊综合评价数据库》《中国科技论文统计与分析数据库》源期刊。本刊已被《中国学术期刊数据库》《中文科技期刊数据库(全文版)》《中国核心期刊(遴选)数据库》等数据库收录。本刊现为双月刊,国内外公开发行,服务对象为从事火炮武器系统、弹道及武器自动控制工作和相关专业的各研究所、部队、工厂的专业人员和工程技术人员。
针对欠驱动水面无人船承载火炮时轨迹跟踪问题的强耦合、非线性、欠驱动、强扰动等特点,考虑参数不确定性的问题,建立系统的数学模型。结合视线法制导律和自抗扰控制方法,解决了系统各状态之间相互耦合的问题,形成了解耦的双通道自抗扰控制方法。模拟火炮发射时对船体产生的强扰动,并通过仿真验证了该控制方法能够使系统在参数摄动和受外部强扰动的情况下跟踪与时间参数相关的圆形轨迹,有着良好的动态性能和稳态性能。相较于传统自抗扰控制,改进后的扩张状态观测器对扰动的估计更加精确,观测误差更小,使得系统具有较高的跟踪精度和抗扰动能力,为作为火炮发射平台的欠驱动水面无人船轨迹跟踪控制研究提供了一种新的技术途径。
TMR磁传感器具有巨大的发展潜力,但是温度漂移会严重影响其测量准确性,目前仍然缺乏有效的温漂抑制手段。针对此,提出一种基于基准磁源的TMR温漂抑制方法,通过产生基准交流磁场作用于TMR磁传感器,根据基准磁场频率处TMR输出幅值变化,实时补偿TMR的灵敏度温度漂移;基于最小二乘支持向量机建立交流基准磁源幅值与零偏电压的温度漂移关系模型,补偿TMR的零点漂移。采用无磁温箱开展温度特性测试,结果表明,基于交流基准磁源的温度补偿将灵敏度漂移系数从0.098 536%/℃降低至0.005 87%/℃;补偿后的零偏电压误差被限制在0.143 mV之内,比未补偿时降低了19.5倍。补偿过程中不需要额外的温度传感器,提高了TMR磁传感器的环境适应性,为其面向复杂场景下的高精度测量提供了有力的方法支撑。
为探讨反坦克三角锥混凝土在爆炸冲击作用下的毁伤特性。利用ANYSYS/Explicit Dynamics有限元分析软件建立反坦克三角锥混凝土有限元模型,开展约束方式、炸药量和炸药高度对混凝土损伤和总变形的影响规律研究。结果显示:爆炸冲击作用下无固定和重力约束对三角锥混凝土毁伤影响基本相同,而固定约束下的损伤是其3倍左右;改变炸药量有利于三角锥混凝土的毁伤,且大于一定值时损伤呈指数形式增长;在质量和约束不变情况下,毁伤存在一个最佳炸药高度。通过计算不同参数下爆炸对反坦克三角锥混凝土的毁伤,所获取混凝土的毁伤规律结果可为战斗部设计和防护结构设计提供重要参考。
目前对战机的轨迹预测主要采用卡尔曼滤波及其改进方法,而对于复杂机动的目标来说,其存在有较大的线性近似误差和模型失配的问题。为解决战机突然机动而产生的非线性轨迹预测问题,提出一种基于战机舵面识别的轨迹预测方法。使用YOLOv8n网络对传感器采集的战机红外图像进行舵面偏转状态的识别,将舵面偏转信息作为注意力机制的特征,改进LSTM网络并进行预测。设计了战机仿真轨迹预测试验,验证了算法的有效性,并与无迹卡尔曼滤波算法和LSTM轨迹预测网络进行对比。仿真试验结果表明:提出算法的复杂机动轨迹预测误差远小于无迹卡尔曼滤波算法,优于改进前的LSTM轨迹预测网络,且符合实时性需求,提高了对复杂机动目标的轨迹预测能力,可为对空中机动目标的火控解算提供参考。
转管武器发射过程中由于受到冲击振动、击针簧老化等因素影响,引起击针撞击能量产生波动,进而影响转管武器的击发性能。针对转管武器击发能量难以量化分析的问题,提出一种基于三维应变场重构的击发能量快速检测方法。建立连续动态弹塑性接触力修正模型,对击针-底火碰撞多物理过程开展仿真分析,研究底火在撞击作用下的塑性变形过程,基于六面体单元在三维尺度重构底火应力场,以此建立底火塑性变形能计算模型。以击发后5.8 mm弹壳底火开展实例分析,利用激光扫描仪获取底火击针痕迹的云点图,计算结果表明,同一批次底火塑性变形能处于0.30~0.50 J之间,呈正态分布,并集中于0.40 J左右,研究为量化击针撞击底火所传递能量提供了关键数据基础,有助于优化速射武器的击针设计,为转管武器击发性能的研究提供理论支撑。
为研究以无后坐炮发射形式发射迫弹时炮口和喷管处的流场分布,运用Fluent流体计算软件,对发射迫弹过程的流场进行了数值模拟。通过三维建模软件UG建立2D平面轴对称流动数学模型,采用计算软件编程,将数值模拟与Fluent相结合,实现流场数值模拟。仿真得到了从迫弹起动至迫弹出炮口这一段时间内的流场分布情况。根据仿真结果对喷管附近的压力分布与气流速度进行分析,得到附近区域内的峰值分布情况。结果表明:随着弹丸从膛底运动到炮口后,炮口和尾喷管处的气流速度和压力先增大后逐渐减小,得到了尾喷管处的危险区域,为无后坐炮的喷管设计与优化、喷管处的安全区域提供了一定的理论依据。
为了提高迫击炮的自动化程度,设计了一种协调臂的迫击炮前装填系统。该系统利用抱弹筒携带弹药,并且在协调臂的转动下携带弹药至炮口处装填。该系统利用协调臂来实现自动化装填,可以完成15发/min的装填技术指标,研制的原理样机验证了方案可行性。为解决原理样机中出现的协调臂振动与抱弹筒的摆动问题,建立了多体动力学模型并进行仿真。根据仿真中出现的问题对系统结构针对化的改进,并对改进后的系统进行多体动力学仿真,仿真结果表明改进后的系统装填性能有较大提升,该系统可以达到所设计的装填性能指标。该迫击炮协调臂前装填系统为迫击炮的无人化自动化提供了新的方案。
针对火炮泵控缸电液伺服系统中存在非线性、外部扰动以及内部参数摄动等问题,以角度跟踪为目标,提出了一种基于自耦PID理论的控制方法。该方法将火炮泵控缸电液伺服系统中的不确定性以及外部扰动定义为总和扰动,在外环设计虚拟控制量,将三阶非线性不确定扰动系统映射为外环二阶线性扰动系统和内环一阶线性扰动系统。据此,分别对外环二阶、内环一阶线性扰动系统设计基于自适应速度因子的自耦PD、自耦PI控制器,在复频域分析了系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性。结果表明,相较于PID和ADRC,所设计的控制器具有鲁棒性好、抗扰动强、控制简单等特点,在火炮电液伺服系统中具有重要研究价值。
曲线后坐技术能够提高轻型火炮射击时的后坐稳定性,但也存在复进稳定性较差、后坐阻力过大等不足。针对曲线后坐原理的优缺点,从曲线后坐系统和总体结构布局两个方面进行改进,提出一种轻型火炮滚轮导向平动式曲线后坐方案,并通过动力学优化设计,合理匹配曲线导轨形状和后坐阻力规律,以进一步提高火炮射击性能。采用有限元和参数化建模方法建立了火炮发射动力学模型,以射击稳定性和后坐阻力为优化目标,基于Kriging代理模型和非支配排序遗传算法(NSGA-II)对曲线导轨和反后坐装置的结构参数进行多目标优化匹配,并基于熵权-TOPSIS法筛选Pareto解集得到了一组最优参数组合。结果表明,优化后的曲线后坐火炮的前大架跳高降低23.48%,后坐阻力峰值减小8.16%,优化效果明显;相比于同口径轻型直线后坐火炮,在相同全炮重和射击工况下,优化后的曲线后坐火炮的前后大架跳高分别降低了37.65%和29.03%,后坐阻力峰值仅增大1.33%,后坐和复进时期的射击稳定性都有明显提高,同时有效控制了后坐阻力,为轻型曲线后坐火炮的设计与优化提供了参考。