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(yuǎn)、能量釋放易于控制等優(yōu)點(diǎn)，是未來軍事領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛用途的武器裝備。電磁軌道炮發(fā)射時(shí)處于高電壓、大電流、強(qiáng)載荷的惡劣環(huán)境中，發(fā)射條件苛刻而復(fù)雜并具有一定的危險(xiǎn)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(xiàng)重要內(nèi)容。通過對電磁軌道炮工作特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)、平穩(wěn)電流下的性能優(yōu)化以及打擊目標(biāo)時(shí)射前電源時(shí)序快速計(jì)算

2、等問題進(jìn)行了深入的探討。論文的主要研究內(nèi)容包括以下六個(gè)方面：
　　（1）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(gè)部件。按照電磁軌道炮發(fā)射過程中各個(gè)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(gè)部件間的影響關(guān)系，將各部件模型連接到一起構(gòu)成整個(gè)電磁軌道炮的模型，作為后續(xù)仿真、分析和優(yōu)化的基礎(chǔ)。
　?。?）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(diǎn)，提出一種基于改進(jìn)灰色關(guān)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(guān)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(jìn)的灰色關(guān)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(guān)聯(lián)度模型，用以分析整個(gè)發(fā)射過程時(shí)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(yàn)知識的特點(diǎn)，對非平穩(wěn)數(shù)據(jù)進(jìn)行平穩(wěn)化處理，并利用最大熵譜估計(jì)法在頻域內(nèi)對平穩(wěn)數(shù)據(jù)

4、進(jìn)行一致性分析。最后，根據(jù)從時(shí)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(shí)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(jìn)行全面的分析。通過實(shí)例驗(yàn)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(shí)電流波形的平穩(wěn)性要求，提出一種多階段時(shí)序設(shè)計(jì)策略。根據(jù)電源模塊按照一定時(shí)序放電的特點(diǎn)，將電磁軌道炮發(fā)射過程分為多個(gè)階段，每個(gè)階段通過設(shè)計(jì)時(shí)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(dá)到使整個(gè)電流波形平穩(wěn)的目的。針對每個(gè)階段的電源時(shí)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(gè)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(shí)序設(shè)計(jì)策略和慣性權(quán)重動態(tài)調(diào)整粒子群算法為實(shí)現(xiàn)電源模塊時(shí)序放電獲得平穩(wěn)電流提供一種有效的方法。通過實(shí)例驗(yàn)證平穩(wěn)電流實(shí)現(xiàn)方法的有效性。
　?。?）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(shè)計(jì)變量，利用均勻試驗(yàn)法確定仿真試驗(yàn)方案。在每組試驗(yàn)方案下，通過多階段時(shí)序設(shè)計(jì)策略和慣性權(quán)重動態(tài)調(diào)整粒子群算法設(shè)計(jì)時(shí)序，確保電流波形平穩(wěn)。利用平穩(wěn)電流下均勻試驗(yàn)的多組數(shù)據(jù)，構(gòu)造性能指標(biāo)的元模型。構(gòu)建的元模型結(jié)構(gòu)簡單，計(jì)算時(shí)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(shí)例驗(yàn)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(yīng)問題，提出一種電磁軌道炮發(fā)射前的電源模塊放電時(shí)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(shí)彈丸最大速度與時(shí)序間的關(guān)系數(shù)據(jù)表以及區(qū)間速度與時(shí)序間的元模型。根據(jù)電磁軌道炮發(fā)射時(shí)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(shí)序間的映射關(guān)系，快速獲得電源模塊的放電時(shí)序，大大減少時(shí)序求解的時(shí)間。通過數(shù)值仿真對電源時(shí)序快速求解方法的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。

8、　?。?）考慮利用仿真技術(shù)對電磁軌道炮研究時(shí)，需要用到大量的算法、方法和策略等，為了便于各項(xiàng)研究工作的進(jìn)行，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)電磁軌道炮一體化仿真系統(tǒng)。根據(jù)研究任務(wù)的不同，仿真系統(tǒng)具有單點(diǎn)集中和網(wǎng)絡(luò)分布兩種運(yùn)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(wù)，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(shí)，仿真系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)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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