水下高速运动体运动特性分析与试验研究

论文摘要

水下轻武器为目前全球研究的热点,展开相关领域的技术研究具有重要的社会价值和军事意义。论文正是针对水下高速运动体运动特性进行了相关研究,从水下传感器研制、传感器校准方法、弹丸水下运动规律等多个方面进行了详细设计、计算和分析,为水下高速弹体的设计奠定了一定的技术基础。本文所作的主要工作如下。（1）针对某典型高速弹体的水下运动规律进行了试验研究,采用公式法及量纲分析法两种方法,对该结构弹体在不同水深、位移状态下的运动速度进行了测量,分别建立了不同水深状态下的高速弹体水下运动速度衰减规律的试验模型。（2）通过对测试环境、特点的深入分析,以深水模拟靶道、PXI系统、水下线圈靶、水下光幕测速传感器为硬件基础,组建了水下弹丸运动特性研究试验系统。并利用Labview7.1的强大功能,实现仪器参数的设置、数据的自动采集、被测信号的实时处理与分析和存储、显示、打印等,并对各测量通道的一致性进行了校准研究。（3）根据水下弹丸速度测量的特点和要求,自行设计和制作了水下光幕测速传感器。具体内容包括：对多种光源的特性进行了分析、测试和比对,构建了水下光源试验装置,确定了波长为650nm、70mW的红光半导体激光器件作为系统的光源；设计了由石英棒、凸透镜、螺纹透镜组成的平行光系统,并在螺旋透镜前设计了特制的光阑,保证了光通量变化的一致性；设计了由接收光阑、螺纹透镜、硅光电池集成器件、光电信号转换电路、电流放大电路、滤波电路、电压放大电路、信号整形电路组成的信号接收、转换及调理电路,消除了干扰信号对测试带来的不利影响,得到了用于触发计时仪并使之记录弹丸穿过靶面时刻的脉冲信号；设计了水下光幕测速传感器防水耐压机箱,装置的壳体有良好的抗压、防内力应变能力和防水密封性能,最大工作深度为40m,最大承压为0.6MPa。（4）采用已有的4套制式光幕靶与水下光幕测速传感器同时测量同一点的弹丸速度,利用4套光幕靶测得速度的均值作为标准值,用之去校准水下光幕测速传感器,分析表明水下光幕测速传感器测速最大相对标准不确定度为r≤1.27×10-3。通过模拟校验和实弹射击的方法,考核了水下光幕测速传感器的测速性能。理论分析和水下实弹试验表明,该系统工作可靠、精度高,完全可以满足目前水下相关领域的研究需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.2 水下高速运动体运动特性试验研究国内外动态
• 1.2.1 水下弹丸运动特性的研究现状
• 1.2.2 空泡理论发展
• 1.2.3 弹丸速度测量方法
• 1.2.4 水下运动弹丸速度测量的特点
• 1.2.5 水下运动弹丸速度测量及特性研究目前的技术水平
• 1.2.6 运动弹丸速度测量装置校准方法研究现状
• 1.3 水下轻武器发展现状
• 1.4 水下弹丸运动特性研究中尚需解决的问题
• 1.5 论文的主要研究内容
• 2 水下弹丸运动衰减规律研究
• 2.1 概述
• 2.2 公式法
• 2.2.1 水下运动模型
• 2.2.2 参数的求解
• 2.2.3 简易模型
• 2.2.4 水深建模
• 2.3 量纲分析法
• 2.4 预报模型
• 2.5 本章小结
• 3 水下弹丸运动特性研究试验系统
• 3.1 概述
• 3.2 运动特性研究的方法
• 3.3 运动特性研究试验系统工作原理
• 3.3.1 模拟靶道
• 3.3.2 基于PXI的并行数据采集系统
• 3.3.3 水下线圈靶
• 3.3.4 水下光幕测速传感器
• 3.4 软件开发平台
• 3.4.1 开发环境
• 3.4.2 数采系统软件结构
• 3.4.3 数采模块的控制
• 3.5 系统各通道的相位一致性
• 3.6 本章小结
• 4 水下光幕测速传感器设计
• 4.1 概述
• 4.2 工作原理
• 4.3 光源特性分析
• 4.3.1 引言
• 4.3.2 光源自身特性
• 4.3.3 光源性能测试
• 4.3.4 光源的选择
• 4.4 系统光路设计及光幕拼接技术
• 4.4.1 平行光幕设计
• 4.4.2 光路设计
• 4.4.3 光源拼接
• 4.5 系统接收单元设计
• 4.5.1 信号接收单元功能分析
• 4.5.2 光电探测器件特性分析
• 4.5.3 接收单元功能电路分析
• 4.5.4 前级放大电路
• 4.5.5 主放大电路
• 4.6 水下光幕测速传感器的防水耐压箱体结构设计
• 4.7 本章小结
• 5 水下光幕测速传感器的校准及性能考核方法研究
• 5.1 水下光幕测速系统的测速不确定度分析
• 5.1.1 测时不确定度
• 5.1.2 距离测量不确定度
• 5.1.3 测速误差
• 5.2 水下光幕测速传感器校准方法研究
• 5.2.1 校准原理
• 5.2.2 试验数据记录
• 5.2.3 试验数据处理
• 5.3 水下光幕测速传感器性能测试
• 5.4 本章小结
• 6 全文小结
• 致谢
• 参考文献
• 博士工作期间发表论文