電磁軌道炮仿真及性能優(yōu)化研究.pdf

1、電磁軌道炮作為一種采用電磁發(fā)射技術(shù)的新概念動能武器，具有初速高、射程遠、能量釋放易于控制等優(yōu)點，是未來軍事領域內(nèi)具有廣泛用途的武器裝備。電磁軌道炮發(fā)射時處于高電壓、大電流、強載荷的惡劣環(huán)境中，發(fā)射條件苛刻而復雜并具有一定的危險性，因此對電磁軌道炮的仿真和性能優(yōu)化是電磁軌道炮研制過程中的一項重要內(nèi)容。通過對電磁軌道炮工作特點的深入分析，本文對電磁軌道炮仿真數(shù)據(jù)一致性分析、平穩(wěn)電流實現(xiàn)、平穩(wěn)電流下的性能優(yōu)化以及打擊目標時射前電源時序快速計算

2、等問題進行了深入的探討。論文的主要研究內(nèi)容包括以下六個方面：
　?。?）建立電磁軌道炮部件及系統(tǒng)的模型。根據(jù)電磁軌道炮的工作原理和組成，將系統(tǒng)劃分為電源、軌道、電樞-彈丸三個部件。按照電磁軌道炮發(fā)射過程中各個部件受到的物理作用，基于模塊化方法建立各部件的模型。根據(jù)電源、軌道、電樞-彈丸各個部件間的影響關系，將各部件模型連接到一起構(gòu)成整個電磁軌道炮的模型，作為后續(xù)仿真、分析和優(yōu)化的基礎。
　?。?）針對電磁軌道炮的數(shù)據(jù)具有非平

3、穩(wěn)、多階段的特點，提出一種基于改進灰色關聯(lián)分析的仿真數(shù)據(jù)一致性分析方法，并給出滿足灰色關聯(lián)四公理的證明。該方法從數(shù)據(jù)序列間的形狀相似性和數(shù)值接近性考慮，給出改進的灰色關聯(lián)度模型，結(jié)合發(fā)射過程不同階段的重要性不同，定義一種綜合關聯(lián)度模型，用以分析整個發(fā)射過程時域內(nèi)仿真數(shù)據(jù)的一致性。然后，考慮到仿真數(shù)據(jù)頻域一致性分析的需要，結(jié)合小波分析方法對數(shù)據(jù)多尺度分析無需先驗知識的特點，對非平穩(wěn)數(shù)據(jù)進行平穩(wěn)化處理，并利用最大熵譜估計法在頻域內(nèi)對平穩(wěn)數(shù)據(jù)

4、進行一致性分析。最后，根據(jù)從時域和頻域不同角度獲得的一致性分析結(jié)果，基于D-S證據(jù)理論提出一種時頻結(jié)合的仿真數(shù)據(jù)一致性分析方法，對仿真數(shù)據(jù)進行全面的分析。通過實例驗證電磁軌道炮仿真數(shù)據(jù)一致性分析方法的有效性。
　?。?）針對電磁軌道炮發(fā)射時電流波形的平穩(wěn)性要求，提出一種多階段時序設計策略。根據(jù)電源模塊按照一定時序放電的特點，將電磁軌道炮發(fā)射過程分為多個階段，每個階段通過設計時序使局部最大電流峰值與期望的電流峰值間的峰值偏差最小，而

5、達到使整個電流波形平穩(wěn)的目的。針對每個階段的電源時序優(yōu)化問題，提出一種慣性權(quán)重動態(tài)調(diào)整粒子群算法，該算法將各個階段的電流峰值偏差信息引入到粒子速度更新過程中，通過合理控制粒子的飛行速度，提高算法的優(yōu)化效率。多階段時序設計策略和慣性權(quán)重動態(tài)調(diào)整粒子群算法為實現(xiàn)電源模塊時序放電獲得平穩(wěn)電流提供一種有效的方法。通過實例驗證平穩(wěn)電流實現(xiàn)方法的有效性。
　　（4）針對發(fā)射過程中在可允許的條件下盡可能提高電磁軌道炮性能的問題，提出一種平穩(wěn)電流

6、下的基于元模型的電磁軌道炮性能優(yōu)化方法。根據(jù)考慮的設計變量，利用均勻試驗法確定仿真試驗方案。在每組試驗方案下，通過多階段時序設計策略和慣性權(quán)重動態(tài)調(diào)整粒子群算法設計時序，確保電流波形平穩(wěn)。利用平穩(wěn)電流下均勻試驗的多組數(shù)據(jù)，構(gòu)造性能指標的元模型。構(gòu)建的元模型結(jié)構(gòu)簡單，計算時間短，考慮了發(fā)射過程的平穩(wěn)性要求，能有效提高電磁軌道炮性能優(yōu)化的速度。通過實例驗證平穩(wěn)電流下的電磁軌道炮性能優(yōu)化方法的有效性。
　?。?）針對電磁軌道炮在未來戰(zhàn)場

7、使用過程中的快速反應問題，提出一種電磁軌道炮發(fā)射前的電源模塊放電時序快速求解方法。通過將速度劃分為最大速度和介于最大速度之間的速度即區(qū)間速度，構(gòu)建使用不同數(shù)量電源模塊放電時彈丸最大速度與時序間的關系數(shù)據(jù)表以及區(qū)間速度與時序間的元模型。根據(jù)電磁軌道炮發(fā)射時期望獲得的炮口速度，利用建立的彈丸炮口速度與電源模塊放電時序間的映射關系，快速獲得電源模塊的放電時序，大大減少時序求解的時間。通過數(shù)值仿真對電源時序快速求解方法的有效性進行驗證。

8、　?。?）考慮利用仿真技術(shù)對電磁軌道炮研究時，需要用到大量的算法、方法和策略等，為了便于各項研究工作的進行，設計并實現(xiàn)電磁軌道炮一體化仿真系統(tǒng)。根據(jù)研究任務的不同，仿真系統(tǒng)具有單點集中和網(wǎng)絡分布兩種運行模式，能夠?qū)崿F(xiàn)對電磁軌道炮工作過程的仿真分析、優(yōu)化和演示等多種任務，便于對本文提出的各種方法的使用，有力地支撐電磁軌道炮的研究。同時，仿真系統(tǒng)具有很強的可擴展性，易于開發(fā)新型電磁軌道炮仿真系統(tǒng)，拓寬了仿真系統(tǒng)的適用范圍。
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