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2021年 第42卷 第2期    刊出日期：2021-02-26

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论文

含孔隙富铝聚四氟乙烯/铝含能材料冲击温升规律

蔡尚晔， 姜春兰， 毛亮， 王在成， 胡榕， 叶胜

2021, 42(2):  225-233.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.001

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为研究孔隙度对富铝含量聚四氟乙烯/铝（PTFE/Al）含能材料冲击温升效应的影响，采用考虑熔化效应的一维粘塑性孔洞塌缩模型，对该材料的冲击温升进行了理论分析。建立孔隙度分别为10%、20%、30%的富铝PTFE/Al细观离散化模型，并借助非线性动力有限元软件AUTODYN开展细观数值模拟，对冲击加载下含孔隙富铝PTFE/Al含能材料的孔洞压缩及温升规律进行了分析。通过分离式霍普金森压杆实验对数值模拟结果进行了验证。结果表明：材料内部温度随着入射杆的周期性加载总体呈现出间歇性升高的现象；在压缩过程中，材料内部温度升高主要受孔洞内径速度和屈服强度的影响，且孔隙度为10%的富铝PTFE/Al含能材料（质量配比50/50，试件尺寸8 mm× 5 mm）相比孔隙度为20%和30%的富铝含量PTFE/Al含能材料，其温度升高最高。研究结果可为PTFE/Al含能材料的工程化应用提供参考。

智能化设计与信息加工通道复杂度对装甲车乘员脑力负荷的影响

郭司南， 完颜笑如， 刘双， 梁超然， 陈浩

2021, 42(2):  234-241.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.002

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合理的装甲车辆智能化与信息化设计对于降低乘员脑力负荷水平、提高乘员综合作战效能具有重要意义。为探讨智能化设计与信息加工通道复杂度对装甲车乘员脑力负荷的影响，基于某新型装甲车仿真平台，面向装甲车指挥员典型作业任务，选择20名被试人员开展了乘员脑力负荷影响因素综合实验。实验结果显示：高智能化任务相较于低智能化任务具有更低的美国国家航空航天局任务负荷指数量表得分、alpha波段的绝对功率、任务误操作率以及更高的平均扫视峰值速度；视听双通道任务相较于视觉单通道任务具有更高的美国国家航空航天局任务负荷指数量表得分、theta波段的绝对功率和平均瞳孔直径。研究结果表明：高智能化设计条件下乘员的脑力负荷显著低于低智能化设计条件，人机系统的自动化操作与智能人机交互模式可有效降低高信息需求下乘员的工作负荷；视听双通道加工条件下乘员的脑力负荷显著高于视觉单通道加工条件，但使用视听双通道信息加工模式在多任务需求下有利于维持乘员作业绩效；不同生理测量指标对于脑力负荷影响因素具有差异化的敏感性和诊断性。

基于交互式多模型无迹卡尔曼滤波的悬架系统状态估计

王振峰， 李飞， 王新宇， 杨建森， 秦也辰

2021, 42(2):  242-253.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.003

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为有效解决复杂行驶工况下非线性悬架系统运动状态无法精确获取的难题，实现模型参数不确定以及时变路面激励工况下悬架状态精确估计的目标，开展了悬架系统状态估计研究。在路面激励模型和非线性悬架系统模型的基础上，结合交互式多模型算法与基于马尔可夫链的蒙特卡洛理论，设计了考虑模型参数不确定以及时变路面激励工况下多模型交互无迹卡尔曼滤波（IMMUKF）状态估计算法，且利用随机控制稳定判据验证了所设计的非线性观测器稳定性判定。对比分析了不同路面激励工况下悬架系统对于传统无迹卡尔曼滤波观测器与IMMUKF观测器的状态估计精度，并进行了台架试验验证。试验与仿真结果表明，IMMUKF观测器可获取更高的系统状态识别精度，不同路面激励仿真工况下状态估计误差最大均方根值不超过8%.

面向弹丸炮口状态的自行火炮结构参数全局灵敏度

罗中峰， 管小荣， 徐诚

2021, 42(2):  254-267.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.004

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合理评估自行火炮结构参数在给定分布条件下对弹丸炮口状态的影响，不仅有利于提高自行火炮的射击精度，而且还可以改进自行火炮的生产工艺水平。为获得较准确的弹丸炮口状态，建立了能够同时考虑弹丸膛内运动和车体振动的某自行火炮整体发射动力学模型。针对某些自行火炮参数存在相关性等情况，提出了一种基于Rosenblatt转换理论的全局灵敏度分析方法。该方法在输入变量为任意连续独立实变量条件下，通过对独立变量组1阶敏感系数和全敏感系数的估计，实现了相关变量组1阶敏感系数和全敏感系数的估计。基于上述模型和方法，进行了某自行火炮最大射程条件下，面向弹丸炮口状态的火炮结构参数全局灵敏度分析。结果显示：底盘纵向转动惯量是最大射程条件下影响火炮弹丸炮口状态的最大因素。

牵引加榴炮瞄准机手轮尺寸人机工效评估与优化

赵祎乾， 吴天宇， 顾森， 李清晨， 李亚军

2021, 42(2):  268-280.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.005

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为提升牵引加榴炮瞄准操作工效，依托人机仿真与综合评价方法依次面向瞄准机手轮轮径、安装轴线高差、握柄截面尺寸展开研究。仿真中模拟炮手动态操作行为，通过多项指标对典型行为姿势评估；综合评价中以评语集为参照，对纺锤形、圆柱形、梨形、锥形4类造型握柄对应的实物样本进行抓握与评价。依据仿真、综合评价的逻辑自上而下基于应用层、评估层、数据层、知识层推导，并构建瞄准机手轮评估与优化理论模型。结果表明：手轮尺寸优化设计时应优先采用250 mm轮 径且两手轮安装轴线高差200 mm的方式；纺锤形、圆柱形、梨形握柄截面直径设计时优先参考30 mm，锥形握柄截面直径参考34 mm，此外可在合理范围内适当调整以更好适应不同手部尺寸的炮手；该理论模型旨在通过快速评估精准地捕获手轮要素最优参考范围，支撑优化设计，以期降低炮手操作中手部、上肢、肩部、背部疲劳与受伤风险，提升舒适度。

12.7mm机枪枪管损伤演变规律及其与椭圆弹孔关系

薛钧， 王光华， 乔自平， 李峻松， 郑秋， 胡春东

2021, 42(2):  281-288.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.006

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为探明12.7 mm大口径机枪枪管损伤演变规律及其对椭圆弹孔的影响，开展了寿命射击试验研究。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、内窥镜和口径量规对枪管进行观察和测量，得到枪管内膛在寿命周期内的损伤规律。结果表明：12.7 mm机 枪枪管损伤存在3个典型区域，分别是线膛起始部位、高膛压区部位、枪管口部；这3个区域损伤速率和方式有所不同；线膛起始区域Cr层脱 落速率高，导致内径扩大速率高；高膛压区寿命初期Cr层保留完好，寿命后期发生突变，Cr层 脱落加速；枪管口部Cr层几乎没有脱落，损伤以磨损为主。该机枪枪管以椭圆弹孔数超标方式寿终，椭圆弹孔出现的原因是高膛压区部位阳线的Cr层剥落，致使膛线导转能力变弱，弹头转速低，从而导致椭圆弹孔出现。

冲击载荷作用下典型发射药的弹性模量分析方法

刘计划， 赵宏立， 何昌辉， 靳建伟， 张邹邹， 王琼林， 赵宝明

2021, 42(2):  289-296.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.007

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为获得冲击载荷作用下典型发射药弹性模量有效分析方法，进行了落锤冲击发射药的实验研究。结合高速摄像技术和数字图像相关方法，得出发射药在落锤冲击过程中的应力与应变曲线；以此为基础，采取线弹性、非线性弹性和黏弹性3种分析手段，得到DAGR125-21/19发射药在常温和低温下弹性模量随着冲击速度和冲击能量的变化规律。结果表明：随着冲击速度增加，发射药在常温和低温下弹性模量变化较小，其中黏弹性分析得到的弹性模量最小，线弹性和非线性弹性分析的结果相近，且低温下弹性模量远大于常温下弹性模量；通过对双芳-3双基发射药弹性模量的研究，可以得到相似的结论，且常温下双芳-3双基发射药弹性模量与DAGR125-21/19发射药弹性模量相当，但低温下前者远大于后者；基于数字图像相关方法的黏弹性分析，可以获得准确可靠的发射药弹性模量。

大气湍流对半主动激光制导中光斑检测精度的影响

李海廷， 胡鑫， 曾双， 李少波， 周国家， 高志峰

2021, 42(2):  297-307.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.008

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为分析大气湍流对半主动激光制导中激光光斑检测精度的影响，结合半主动激光制导的工作原理，研究了光强闪烁、光束漂移、到达角起伏和光束扩展效应降低接收光斑位置精度的机理。提出一种用于表征大气湍流强度的参数（大气折射率常数）定量测试方法，基于该方法进行了样机测试实验。利用不同天气条件下记录的靶标上光斑图像信息，计算出到达角起伏方差，由此计算出照射距离分别为1 km和4 km时的大气折射率结构常数，测试在不同大气折射率结构常数下导引头输出的接收光斑位置坐标数据,并给出了在不同实验条件下测试数据的统计分布特征和标准偏差。实验结果表明：大气折射率常数越大，光斑检测精度越差；而大气折射率常数不仅与大气湍流强度有关，还与照射距离有关；证明了该测试方法的有效性。

单通道控制旋转弹角运动的复分析方法

陈成， 赵良玉， 谢浩怡， 郝晓兵

2021, 42(2):  308-319.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.009

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针对单通道控制旋转弹存在气动力不对称，无法直接采用解析方法分析其锥形运动稳定性的不足，研究了其角运动模型和角运动复分析方法。通过在系统矩阵的不对称气动力项中引入比例因子，构建了单对称μ系数模型和对应的复攻角运动模型，并利用复分析方法对无舵偏、固定舵偏及正弦式舵偏情况下的角运动特性进行解析求解。对比分析单通道控制旋转弹的角运动收敛过程、稳态及共振情况，验证了单对称μ系数模型的有效性和角运动解析求解的正确性，揭示了单通道控制旋转弹在正弦式舵偏情况下出现共振不稳定的机理。

纯碳/碳材料烧蚀对飞行器等离子体流场的影响

聂春生， 袁野， 周禹， 黄建栋， 陈轩， 张青青

2021, 42(2):  320-326.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.010

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高速飞行器表面的防热材料在气动加热产生的高温下会分解烧蚀，烧蚀产物进入空气边界层流场后，与流场中的高温空气进行复杂化学反应，对飞行器周围空气流场中组分浓度和等离子体分布产生影响。通过高频等离子体风洞，采取高频感应加热的方式产生超音速高温气流，在相同外形的纯碳碳材料模型和铜制水冷模型周围形成高温绕流流场。利用朗缪尔探针对距离模型不同高度位置的电子数密度进行测试，试验结果表明：当纯碳/碳材料模型处于明显的烧蚀状态时，烧蚀产物会对流场中的电子数密度产生影响，电子数密度低于铜质水冷模型纯空气绕流流场的电子数密度；纯碳/碳材料模型的多个试样在发生烧蚀后的流场电子数密度均随着质量烧蚀速率的增加而减小；纯碳/碳材料烧蚀产物仅影响距离壁面一定距离流场的电子数密度，远离壁面的流场中电子数密度与纯空气流场接近。

爆炸冲击波作用下黑索今基含铝炸药的冲击点火反应速率模型

王虹富， 白帆， 刘彦， 段卓平， 黄风雷

2021, 42(2):  327-339.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.011

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为分析黑索今（RDX）基含铝炸药中铝粉的颗粒尺寸对炸药冲击点火的影响，以及建立该含铝炸药冲击点火的细观反应速率模型，开展了含铝炸药冲击起爆的实验和数值模拟研究。设计5 μm、 16 μm、40 μm和100 μm不同铝粉粒径，具有相同组分配比和RDX颗粒尺寸的4种炸药配方，对4种RDX基含铝炸药进行了冲击点火起爆实验；通过合理假设，提出RDX基含铝炸药的细观点火模型，并在考虑点火增长的基础上，完善细观反应速率模型，利用细观反应速率模型和含铝炸药的I&G模型对上述实验进行了数值模拟。实验和数值模拟结果表明：对于100 μm、 40 μm、 16 μm和 5 μm粒径铝粉含铝炸药，铝粉在CJ面前的反应度分别为0.80%、2.45%、3.20%和4.15%；随着RDX基含铝炸药中的铝粉尺寸减小，铝粉在CJ面前的反应速率增快，炸药中的前导冲击波传播速度变快且压力峰值增高，压力峰值的出现时间与前导冲击波到达时间的间隔减短，炸药的冲击感度提高；与I&G模型相比，细观反应速率模型计算的压力历史与实验结果更为吻合；细观模型能较好地模拟较大尺寸颗粒铝粉（铝粉尺寸大于炸药颗粒尺寸的1/10）的反应特征，对于100 μm和40 μm铝粉粒径含铝炸药，模拟计算每个拉格朗日位置的前导冲击波到达时间、压力峰值时间和压力峰值等参量与实验结果相差不超过10%。

基于多介质Riemann问题的流体-固体耦合数值方法及其在爆炸与冲击问题中的应用

姚成宝， 付梅艳， 韩峰， 闫凯， 雷雨

2021, 42(2):  340-355.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.012

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为提高爆炸与冲击下多介质大变形问题的数值模拟精度，针对具有高度非线性特征、通用形式的Mie-Grüneisen状态方程和流体弹塑性本构方程的多种介质间相互作用问题，提出一种通用、健壮的多介质Riemann问题求解方法，以有效提高物质界面上各物理量的计算精度。结合Euler坐标系下具有锐利界面的守恒型多介质流动数值方法，建立一套能够模拟可压缩流体和弹塑性固体在极端物理条件下大变形动力学行为的数值计算体系。对流体-固体耦合、固体-固体耦合Riemann问题，地下强爆炸、空中强爆炸以及高速冲击等问题开展了数值模拟，计算结果和理论、实测数据符合较好，表明该数值方法能够对典型爆炸与冲击等多介质问题进行有效的模拟。

基于改进多层核超限学习机的模拟电路故障诊断

朱敏， 许爱强， 许晴， 李睿峰

2021, 42(2):  356-369.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.013

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为兼顾模拟电路多故障诊断的实用性和诊断精度，基于仿真诊断模型的测试性应用框架，结合深度学习与核方法的优势，提出一种多层单纯形优化核超限学习机（ML-SOKELM）方法。将有效初选后的数据集输入多层核超限学习机逐层提取故障特征并进行诊断；训练过程中，将各层核参数向量视为待优化变量，运用单纯形法对其进行联合优化。实验结果表明：与常见的深度学习方法相比，ML-SOKELM方法对主观经验依赖性更低，在训练时间大大缩短的同时，还能获得与之相当的准确率；与流行的核方法相比，ML-SOKELM方法在不同模糊度阈值下均能获得较高的诊断准确率。

计算辐射噪声的面声源和点声源结合方法

刘宝， 胡金华， 程广利

2021, 42(2):  370-378.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.014

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针对虚拟点声源法在对应结构内部特征频率处声场解的非唯一性和对于点声源的分布位置敏感性较高的问题，提出一种综合利用面声源和点声源建模声场保证全波数域内解唯一性和较高计算精度的方法。根据波叠加原理，在结构内部同时布置虚拟面声源和点声源离散声场，面声源位于结构内部一个与结构边界共形的表面上，用其匹配结构表面的声压与振速，点声源则位于虚拟边界面内部；进一步利用线性化Euler方程构建声辐射阻抗矩阵，获取结构表面声压、振速等声学参数。以具有解析解的脉动球源和横向振动球源为数值算例，在比较虚拟面声源和虚拟点声源计算精度的基础上，与解析解的求解结果进行对比，说明该方法的精确性和唯一性。

热轧后中间退火对5059铝合金耐蚀性能的影响

林洪才， 朱庆丰， 石入文， 贾涛, 张恩阁， 赵志浩

2021, 42(2):  379-387.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.015

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为了研究中间退火对舰船用5059铝合金耐蚀性的影响，通过400 ℃/2 h中间退火和57%变形量的冷轧获得了不同5059铝合金板材，分别为热轧板、热轧退火板、直接冷轧板和退火冷轧板。分析了4种不同板材微观组织，并按照美国ASTM G67-2013标准分析了不同板材的耐蚀性。结果表明：400 ℃/2 h退火后，热轧板材内发生部分再结晶，耐蚀性提高，单位面积质量损失由热轧后的8.9 mg/cm²降至3.1 mg/cm²，L-S面的最大腐蚀深度由热轧试样的70 μm降至6 μm；热轧和400 ℃/2 h退火试样经57%变形量的冷轧变形后耐蚀性存在明显差异，单位面积质量损失分别为9.5 mg/cm²和17.3 mg/cm²，L-S面的最大腐蚀深度分别为45 μm和65 μm；热轧板经过400 ℃/2 h退 火后L-T面和T-S面由热轧后的剥落腐蚀形貌转变为点蚀形貌，L-S面则由热轧后的沟壑状腐蚀形貌转变为点蚀形貌。

融合仿真数据的小子样圆概率误差评估

宁小磊， 吴颖霞， 赵新

2021, 42(2):  388-398.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.016

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针对应用Bayes方法评估圆概率误差（CEP）时仿真数据容易“淹没”现场实弹数据，导致评估结果无效甚至错误的问题，提出一种基于“有效样本”的飞行与仿真数据融合算法与融合仿真数据的小子样CEP评估方法。使用重要性抽样方法中抽样效率的评估模型度量仿真先验分布与总体分布之间的偏差，建立考虑仿真先验信息有偏差时仿真先验分布的确定方法。该方法在融合评估时仿真样本权重同时依据仿真先验分布与总体分布之间的偏差和样本量调整，而不是原方法中仅仅依赖验前试验的试验次数分配。实验和应用案例表明，新方法的估计性能显著好于传统方法，可以有效解决装备鉴定和定型试验中小子样CEP评估问题。

基于相关性分析的指挥信息系统模拟数据集可用性评估算法

田相轩， 李军旗， 金丽亚， 刘正仁， 石志强

2021, 42(2):  399-407.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.017

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针对指挥信息系统模拟数据集可用性评估难的问题，提出了基于相关性分析的指挥信息系统模拟数据集可用性评估算法。该算法定义了模拟数据集的相关性评价标准，分别构建了数据集的基本信息矩阵、冗余度张量、交互度张量；给出了交互信息和冗余信息计算的近似公式，通过爱因斯坦求和约束求解数据集的相关关系张量；根据深度学习中损失函数的思想，计算生成数据集与原始数据集可用性张量之间的误差距离。仿真结果表明，所提算法能够较好地表征数据集的可用性，为数据生成算法提供鉴定依据。

基于统一体系结构框架的战区联合作战后勤与装备保障指挥信息系统架构

刘婧婷， 郭继坤， 邵芳

2021, 42(2):  408-421.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.018

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信息系统是战区联合作战后勤与装备保障指挥要素整体联动、效能体系释放的“神经系统”。基于全军军事信息系统依托的“网-云-端”结构理论，结合最新发布的统一体系结构框架方法原理，遴选出符合我军战区联合作战后勤与装备保障指挥信息系统构建需求的具体领域模型，并设计开发流程，而后在统一体系结构框架提供元模型基础上进一步 “裁剪+修改+融合” 建立符合我军信息系统基本数据要素需求的统一认知元模型。以元模型为约束，深入剖析后勤与装备保障指挥信息系统能力、功能、结构、服务、安防5个重点建设角度的理论交互机理，完成模型集成构建。根据战区联合作战想定案例情况，采用对象Petri方法对指挥信息系统动态模型进行执行验证，结果表明系统集成设计结构合理、过程逻辑正确，可以满足指挥信息服务需求。

研究简报

8×8全电驱动越野车电机液压联合全液压制动系统设计及性能

陈晋市， 刘思远， 王同建， 霍东阳， 张美荣， 张飞

2021, 42(2):  422-429.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.019

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为验证8×8全电驱动越野车电机液压（简称电液）联合全液压制动系统的可靠性, 依据新一代轮式机动平台独立电驱动车辆制动系统性能指标要求，以某型号8×8全电驱动越野车为研究对象，对新一代电液联合全液压制动系统进行了原理方案设计；考虑系统的长管路特性对输出制动性能的影响，搭建了与整车元件、管路布置1∶1的实验平台，分析了不同工况下全液压制动系统的输出特性。结果表明：新一代电液联合全液压制动系统的输出制动力、制动响应时间等满足整车制动力12.0 MPa、响应时间0.2~0.3 s的制动性能指标要求；制动输出压力与制动踏板的位移及变化率呈线性关系；当电控系统发生故障时，依靠全液压制动系统仍然能满足整车的制动需求。

弹丸初速可调的电磁轨道炮对空射击策略

张志勇， 王团团， 郭浩， 王亚飞

2021, 42(2):  430-437.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.020

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基于电磁轨道炮射弹速度可调的特点，研究其对视距内空中目标的射击策略。建立弹丸六自由度外弹道运动方程组以及弹丸对空中目标单发射击、全航路连续射击时的命中概率模型，系统分析单发射击、全航路连续射击下目标距离、弹丸初速对命中概率的影响。结果表明：单发射击下弹丸初速越大，目标命中概率越大；全航路连续射击下，累积命中概率随着弹丸初速增大，整体趋势上先增大、后减小，但存在局部阶跃下降现象；由近及远、有效射程内单发命中概率最大、射击远界上多发同时弹着的全航路平衡射击策略可兼顾全航路累积命中概率和舰炮打击成本，以较小的打击成本获得较优的作战效能。

迎角对导弹初始弹射弹道的影响

张兵， 侯明， 王殿宇， 董友亮

2021, 42(2):  438-448.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.021

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针对导弹发射的机弹分离过程存在较大不稳定性问题，通过求解流体动力学方程组和刚体六自由度运动方程，仿真分析了迎角对空空导弹初始弹射弹道的影响。参照美国阿诺德工程发展中心开展的一项使用标准机翼/挂架/带舵外挂物模型的捕获轨迹法试验，建立了相似的几何仿真模型并进行了数值计算。通过数值计算结果与文献［29］中风洞试验结果进行对比分析，验证了数值计算方法的可行性；采用该方法计算和分析了四代战机在不同迎角下内埋弹射空空导弹的初始弹道。结果表明：在超声速条件下，迎角变化对导弹初始弹射阶段的六自由度运动有明显的影响；随着迎角的增大，导弹俯仰运动更剧烈、横滚角度更大、偏航角度更小，机弹分离的速度明显下降、分离的安全性逐渐降低。