炮弹内弹道试验计算机仿真分析系统研究

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许多年以来,工厂在炮弹的研发、设计定型和生产定型以及批量生产的质量控制过程中,炮弹的内弹道试验参数是一个很重要的技术指标。其传统的试验方法为:利用铜柱测压法和电测压系统来测试炮膛压力;用电子测时仪及区截装置测量初速。这种试验方法仅能获取诸多内弹道试验参数中特定点的膛压和初速,对于炮弹的设计和研发来讲是非常有限的。如果将炮弹内弹道的多种参数,如炮膛内的p-t、v-t、a-t、p-l,n-t,n-l等参数间的关系及曲线图通过数字仿真系统在计算机上进行分析,即技术人员在研发时,直接从计算机系统中获取不同方案的内弹道参数,进行比较,方案择优。该炮弹内弹道试验计算机仿真分析系统的理论原理就是利用工程数学的拉普拉斯方程、格林函数、傅立叶级数和欧拉算法,在经典和两相流内弹道模型的基础上,补充新的数学物理模型,再利用软件开发工具进行编程。当炮弹弹丸和发射药的性能等参数输入计算机时,通过内弹道仿真软件系统进行计算和分析,从而深刻地研究炮弹内弹道性能,进而大大减少实弹射击试验次数和降低科研成本费用,加速炮弹的研制进程,以提高弹药的研发质量。 本文对研究课题的背景及意义、系统模拟仿真的基本概念、可视化、内弹道模型与试验数据分析理论、内弹道数值模拟与试验结果分析、炮弹内弹道试验计算机仿真系统、三维仿真软件开发技术方案等内容进行了阐述和论证。 该仿真分析系统的精确性和真实性取决于所建立的内弹道数学物理模型的正确性。本文参考了有关炮弹内弹道方面的书籍,对经典内弹道和现代两相流内弹道数学物理模型进行了相关的归纳,并根据历年来工厂大量的炮弹内弹道实测的试验数据,利用MATALAB软件,用曲线拟合的方法,建立了相关的数学模型。 为了使仿真分析系统软件的整体构架合理可行,本文就仿真技术参考了大量的有关系统仿真技术的书籍,请教了多年从事软件开发和设计的专家、教授,从而制定了该仿真分析系统的软件构架的总体设计思想,即为了实现内弹道计算结果的实时三维动画仿真,达到较佳的动画仿真效果,实现动画过程的实时控制、曲线输出等功能,拟采用3DMAX软件来建模,实现模型的准确性和三维图像效果;以微软的Visual Studio为软件开发平台,调用OpenGL标准图形库,进行Visual C++编程,将3DMAX模型移植到Visual C++的编程环境中,采用编程控制动画生成、运行过程及实时弹道数据接口与曲线绘制。选择这种技术方案不仅能达到显示实时的弹丸参数和曲线图形,而且能够使弹丸的运动姿态画面栩栩如生。 由于该课题涉及的学科广泛,要最终完成该课题,需要足够的时间、物力、科研经费和众多的从事软件开发和弹道研究的专业技术人才作保障;本人提出该重庆大学硕士学位论文中文摘要课题的总体设计思想,归纳相关的数学物理模型,做了该课题的部分工作,课题的后续工作将在以后完成。
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