兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (1): 197-205.doi: 10.12382/bgxb.2022.0576
刘方1,*(), 肖金石1, 韦建明1, 张志洋2, 王聪2
收稿日期:
2022-06-28
上线日期:
2024-01-30
通讯作者:
基金资助:
LIU Fang1,*(), XIAO Jinshi1, WEI Jianming1, ZHANG Zhiyang2, WANG Cong2
Received:
2022-06-28
Online:
2024-01-30
摘要:
随着对饱和攻击需求的提高,潜艇连续发射过程的发射时序协调控制研究变得迫切而紧要。考虑到弹体间的流体动力干扰是影响安全发射的主要因素,基于重叠网格多自由度仿真技术,针对连续发射的水下弹体开展姿态弹道干扰特性研究。通过分析流场结构发现,以一定攻角发射的弹体形成的发卡形尾涡是造成后续弹体姿态弹道差异的主要原因。根据不同艇速、时间间隔和空间间隔下弹体间的干扰特性建立干扰评价模型。在保证干扰不影响后续弹体的前提下,以最短发射时长为目标,以综合评价函数为约束,基于改进的贪心算法对大筒多弹式布局的水下弹体开展发射时序优化研究,并采用均匀抽样方法验证优化结果准确性。研究结果表明:相对于均匀抽样方法,改进的贪心算法具有相当的计算准确度和更高的计算效率。
中图分类号:
刘方, 肖金石, 韦建明, 张志洋, 王聪. 水下连续发射弹体干扰特性及发射时序优化[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 197-205.
LIU Fang, XIAO Jinshi, WEI Jianming, ZHANG Zhiyang, WANG Cong. Interference Characteristics and Launch Sequence Optimization of Projectiles Launched Successively Underwater[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(1): 197-205.
参数 | 数值 |
---|---|
直径D/m | 0.20 |
全长L/m | 2.4 |
质量M/kg | 75 |
质心位置xc/m | 1.32 |
绕y轴、z轴转动惯量(Jyy,Jzz)/(kg·m2) | 32.2 |
绕弹轴转动惯量Jxx/(kg·m2) | 0.55 |
表1 弹体参数
Table 1 Parameters of projectile
参数 | 数值 |
---|---|
直径D/m | 0.20 |
全长L/m | 2.4 |
质量M/kg | 75 |
质心位置xc/m | 1.32 |
绕y轴、z轴转动惯量(Jyy,Jzz)/(kg·m2) | 32.2 |
绕弹轴转动惯量Jxx/(kg·m2) | 0.55 |
工况 | 研究 内容 | 发射 次序 | v/ (m·s-1) | Δt/s | Δd/m |
---|---|---|---|---|---|
1、2 | 发射艇速 | 顺序 | 1.4,0.51 | 0.5 | 0.3 |
3~5 | 时间间隔 | 顺序 | 1.4 | 0.3,0.7,0.9 | 0.3 |
6~9 | 发射间距 | 顺序 | 1.4 | 0.5 | 0.4,0.5, 0.6,0.7 |
10~13 | 时间间隔 | 逆序 | 1.4 | 0.3,0.5, 0.7,0.9 | 0.3 |
14~17 | 发射间距 | 逆序 | 1.4 | 0.5 | 0.4,0.5, 0.6,0.7 |
表2 工况参数规划
Table 2 Parameters of all conditions
工况 | 研究 内容 | 发射 次序 | v/ (m·s-1) | Δt/s | Δd/m |
---|---|---|---|---|---|
1、2 | 发射艇速 | 顺序 | 1.4,0.51 | 0.5 | 0.3 |
3~5 | 时间间隔 | 顺序 | 1.4 | 0.3,0.7,0.9 | 0.3 |
6~9 | 发射间距 | 顺序 | 1.4 | 0.5 | 0.4,0.5, 0.6,0.7 |
10~13 | 时间间隔 | 逆序 | 1.4 | 0.3,0.5, 0.7,0.9 | 0.3 |
14~17 | 发射间距 | 逆序 | 1.4 | 0.5 | 0.4,0.5, 0.6,0.7 |
工况 | 发射 次序 | v/ (m·s-1) | Δt/s | Δd/m | δ/m | S/% |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 顺序 | 1.4 | 0.3 | -0.3 | 0.120 | 42.373 |
2 | 顺序 | 0.51 | 0.3 | -0.3 | 0.147 | 39.328 |
3 | 顺序 | 1.4 | 0.5 | -0.3 | 0.400 | 31.373 |
4 | 顺序 | 1.4 | 0.7 | -0.3 | 0.680 | 20.588 |
5 | 顺序 | 1.4 | 0.9 | -0.3 | 0.960 | 3.922 |
6 | 顺序 | 1.4 | 0.5 | -0.4 | 0.300 | 39.548 |
7 | 顺序 | 1.4 | 0.5 | -0.5 | 0.200 | 41.808 |
8 | 顺序 | 1.4 | 0.5 | -0.6 | 0.100 | 42.204 |
9 | 顺序 | 1.4 | 0.5 | -0.7 | 0.000 | 38.685 |
10 | 逆序 | 1.4 | 0.3 | 0.3 | 0.720 | 8.670 |
11 | 逆序 | 1.4 | 0.5 | 0.3 | 1.000 | 3.371 |
12 | 逆序 | 1.4 | 0.7 | 0.3 | 1.280 | 2.809 |
13 | 逆序 | 1.4 | 0.9 | 0.3 | 1.560 | 3.618 |
14 | 逆序 | 1.4 | 0.5 | 0.4 | 1.100 | 8.983 |
15 | 逆序 | 1.4 | 0.5 | 0.5 | 1.200 | 4.046 |
16 | 逆序 | 1.4 | 0.5 | 0.6 | 1.300 | 1.733 |
17 | 逆序 | 1.4 | 0.5 | 0.7 | 1.400 | 2.528 |
表3 各工况下次发弹受到干扰的量化
Table 3 Evaluation of interferences in all conditions
工况 | 发射 次序 | v/ (m·s-1) | Δt/s | Δd/m | δ/m | S/% |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 顺序 | 1.4 | 0.3 | -0.3 | 0.120 | 42.373 |
2 | 顺序 | 0.51 | 0.3 | -0.3 | 0.147 | 39.328 |
3 | 顺序 | 1.4 | 0.5 | -0.3 | 0.400 | 31.373 |
4 | 顺序 | 1.4 | 0.7 | -0.3 | 0.680 | 20.588 |
5 | 顺序 | 1.4 | 0.9 | -0.3 | 0.960 | 3.922 |
6 | 顺序 | 1.4 | 0.5 | -0.4 | 0.300 | 39.548 |
7 | 顺序 | 1.4 | 0.5 | -0.5 | 0.200 | 41.808 |
8 | 顺序 | 1.4 | 0.5 | -0.6 | 0.100 | 42.204 |
9 | 顺序 | 1.4 | 0.5 | -0.7 | 0.000 | 38.685 |
10 | 逆序 | 1.4 | 0.3 | 0.3 | 0.720 | 8.670 |
11 | 逆序 | 1.4 | 0.5 | 0.3 | 1.000 | 3.371 |
12 | 逆序 | 1.4 | 0.7 | 0.3 | 1.280 | 2.809 |
13 | 逆序 | 1.4 | 0.9 | 0.3 | 1.560 | 3.618 |
14 | 逆序 | 1.4 | 0.5 | 0.4 | 1.100 | 8.983 |
15 | 逆序 | 1.4 | 0.5 | 0.5 | 1.200 | 4.046 |
16 | 逆序 | 1.4 | 0.5 | 0.6 | 1.300 | 1.733 |
17 | 逆序 | 1.4 | 0.5 | 0.7 | 1.400 | 2.528 |
运算模式 | 运算时长/s | 发射时长/s | 优化效果/% | |
---|---|---|---|---|
顺序发射(未优化) | 16.99 | |||
0.01% | 96.50 | 9.93 | 41.55 | |
均匀抽样 | 0.1% | 1050.87 | 9.63 | 43.32 |
1% | 22698.76 | 9.32 | 45.14 | |
10% | 66344.39 | 9.28 | 45.38 | |
贪心算法 | 14.69 | 9.30 | 45.26 |
表4 优化效果对比
Table 4 Comparison of optimized results
运算模式 | 运算时长/s | 发射时长/s | 优化效果/% | |
---|---|---|---|---|
顺序发射(未优化) | 16.99 | |||
0.01% | 96.50 | 9.93 | 41.55 | |
均匀抽样 | 0.1% | 1050.87 | 9.63 | 43.32 |
1% | 22698.76 | 9.32 | 45.14 | |
10% | 66344.39 | 9.28 | 45.38 | |
贪心算法 | 14.69 | 9.30 | 45.26 |
方式 | 发射顺序 |
---|---|
顺序发射 | 8、1、9、10、11、2、3、4 |
10%均匀抽样方法 | 14、21、11、9、12、16、7、2 |
贪心算法 | 22、19、14、26、12、21、5、20 |
表5 发射顺序结果
Table 5 Sequence of launch
方式 | 发射顺序 |
---|---|
顺序发射 | 8、1、9、10、11、2、3、4 |
10%均匀抽样方法 | 14、21、11、9、12、16、7、2 |
贪心算法 | 22、19、14、26、12、21、5、20 |
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