电磁轨道炮外弹道建模与仿真研究

论文摘要

现代军事技术发展的客观环境,迫切需要超高速、高动能武器。电磁轨道炮的电磁发射器利用强脉冲电流在强磁场中受到的巨大洛仑兹力,为弹丸提供发射速度。电磁发射器推力能把弹丸加速到每秒几公里的速度,使其具有巨大的动能和极强的毁伤能力。由于电磁轨道炮出口速度极大,飞行过程中存在烧蚀现象,外弹道特性不同于常规火控武器。为此,本文建立了电磁轨道炮的外弹道模型,主要内容如下:首先,介绍电磁轨道炮的需求背景、结构特点、技术原理,以及国内外发展现状。在外弹道建模方面,概述了超高速弹丸外弹道建模的研究意义以及国内外研究进展。其次,根据电磁轨道炮自身特点建立其外弹道数学模型。通过总结不同形式的火控系统外弹道数学模型的假设条件和适用范围,针对电磁轨道炮超高速飞行的特点,确定影响其外弹道特性的因素。基于这些影响因素,研究外弹道建模方法,建立了包括环境模型在内的电磁轨道炮外弹道数学模型。然后,进行电磁轨道炮外弹道仿真试验和外弹道特性分析。根据已经建立的外弹道数学模型,对电磁轨道炮外弹道进行仿真试验。依据仿真数据,分析外弹道特性。分别就不同射击距离设计仿真初始条件,进行仿真试验,分析各种因素和变量对弹着点位置偏移和概率误差的影响。重点研究了烧蚀现象对外弹道特性的影响。最后,研究了电磁轨道炮外弹道诸元的快速计算方法。总结针对不同外弹道模型运用不同简化方法得到的快速计算方法,确定各种方法的适用条件。应用仿真试验数据编制电磁轨道炮弹道射表,并利用射表数据将重要的弹道诸元进行曲线拟合。用分段级数解法计算电磁轨道炮的外弹道诸元,与微分方程计算出的外弹道诸元进行对比。本文通过仿真试验和外弹道特性分析所得到的结论,说明了所建立的电磁轨道炮外弹道模型的正确性和建立环境模型的必要性;对各种扰动因素和外部环境对外弹道特性的影响做出了判断和分析;给出了较适合的电磁轨道炮弹道诸元快速计算方法;针对研究过程的局限性提出了今后的研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 未来高技术战争对电磁武器的需求背景
• 1.1.2 电磁轨道炮的工作原理及特点
• 1.1.3 电磁轨道炮外弹道建模与仿真的意义
• 1.2 国内外电磁轨道炮发展现状
• 1.2.1 电磁轨道炮研制现状
• 1.2.2 超高速弹丸外弹道建模研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 电磁轨道炮外弹道数学模型的建立
• 2.1 外弹道模型常用坐标系
• 2.2 火控弹道模型
• 2.2.1 质点弹道方程组
• 2.2.2 修正质点弹道方程组
• 2.3 电磁轨道炮外弹道数学模型
• 2.3.1 质心动力学及运动学方程
• 2.3.2 绕质心运动的运动学方程
• 2.3.3 绕质心运动的动力学方程
• 2.3.4 有风时相对速度、相对倾角、相对偏角表达式
• 2.3.5 弹轴坐标系与弹道坐标系之间转换关系
• 2.3.6 环境模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 电磁轨道炮外弹道仿真和外弹道特性分析
• 3.1 外弹道模型仿真
• 3.2 外弹道特性的影响因素分析
• 3.2.1 弹道初始随机值的生成
• 3.2.2 仿真计算
• 3.3 外弹道仿真数据分析
• 3.4 烧蚀现象对外弹道特性的影响
• 3.4.1 烧蚀现象对外弹道影响的分析方法
• 3.4.2 气动参数改变对外弹道特性的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 外弹道模型快速计算方法研究
• 4.1 弹道方程的解析解法
• 4.2 电磁轨道炮射表编制
• 4.2.1 射表编制使用的弹道模型
• 4.2.2 符合计算
• 4.2.3 射表计算
• 4.2.4 电磁轨道炮射表的初步编制
• 4.3 射表数据逼近电磁轨道炮弹道诸元
• 4.3.1 函数逼近的基本原理
• 4.3.2 最小二乘法估计逼近函数未知参数
• 4.4 级数解法计算电磁轨道炮外弹道诸元
• 4.4.1 弹道任意点诸元公式
• 4.4.2 分段级数解法
• 4.4.3 电磁轨道炮外弹道诸元的级数解法
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢