在武器装备的研制过程中,由于机载平台的特殊性,机载主动防御系统一直是研究较为欠缺的领域。但是随着大型空中平台在现代战争中面临的威胁日益严峻,研究设计一种小型机载主动防御系统已经迫在眉睫。作为一款全新的武器系统,其发射过程的方案设计还存在很多问题。本文以某小型机载主动防御系统为研究背景,通过理论分析与数值模拟,对这一新型武器装备的气动外形和发射系统内弹道参数进行了方案设计,同时开发了两种新型智能优化算法对设计方案进行了优化设计,并且通过数值仿真证明了设计方案的合理性与可行性。进一步地,采用数值模拟方法对该系统发射初始过程进行了模拟计算。具体内容如下:a)根据本文所研究的某小型机载制导弹药总体设计要求,对其气动外形进行了理论分析,初步设计了合适的气动布局与尺寸参数。利用工程经验方法,编制了一套小型机载制导弹药气动力计算软件。同时,采用数值模拟计算的方法对气动力软件进行了评估与修正,以提高工程计算方法对气动力参数预测的准确性。进一步地,基于初始设计方案,利用数值计算方法对不同结构的设计方案进行了模拟计算,研究了该小型机载制导弹药气动部件形状参数及安装位置对全弹气动性能的影响。b)根据本文所研究的某小型机载制导弹药总体设计要求,考虑到机载平台的特殊性,提出了一种用于机载平台的高低压垂直弹射发射方式。通过分析该发射方式过程,对高低压内弹道装填参数与结构进行了方案设计。建立了小型机载制导弹药高低压弹射经典内弹道模型,并且编制了内弹道数值计算程序,研究讨论了不同装填条件与发射系统尺寸结构对内弹道性能的影响。c)受到晶体在过饱和溶液中逐渐结晶这一物理现象的启发,提出了一种新型简便的智能优化方法。首先通过数学原理证明了该算法的收敛性和可行性,其次利用十余种不同类型的标准测试函数对算法中的关键参数进行了测试分析,并找出了最佳的参数组合方案。此外,利用测试函数对该算法与几种常见的智能优化算法进行了对比分析,结果表明该算法具有编写简单、收敛速度快等优点。进一步地,基于该算法的计算原理,开发并建立了适用于复杂工程设计的多目标优化计算方法。此外,受到子母弹打击毁伤原理的启发,提出了一种新的改进型粒子群算法,通过引入新的粒子更新规则来对算法进行改进,经过与其他几种改进型粒子群算法相比较,结果证明该算法具有方便简单、计算效率高等优点。d)利用所提出的智能优化方法针对文中所建立的内弹道设计方案进行了优化设计研究,得到了最优的内弹道装填参数与结构参数组合,实现了低膛压条件下的最大弹射初速。此外,利用本文建立的多目标优化设计方法,对小型机载制导弹药气动外形进行了优化设计研究,得到了一系列基于不同评价标准的气动外形最优方案。在此基础上,为了验证气动外形优化设计方案的有效性。文章基于制导控制一体化技术建立了载机—来袭目标—拦截弹三者的整体运动模型,通过对比外弹道飞行过程与控制面变化过程可知,当采用操纵性最佳的设计方案时,整个拦截弹道曲线较为平滑,拦截全程的需用过载最小,表明其对舵机的要求也最低。而采用稳定性最佳的设计方案时,拦截方案弹道全程用时最长,且舵机长时间处于最大舵偏角位置,在飞行过程中可用过载较需用过载有着较大的差距,导致整个过程弹道最为弯曲,不利于最终实施有效的拦截。e)对于本文所研究的垂直式高低压弹射发射装置,由于存在初始来流的影响,其膛口流场与一般发射装置的膛口流场有较大的区别。为了研究发射初始阶段膛口流场的发展过程及其对载机和小型机载制导弹药运动的影响,建立了考虑初始流场、发射筒内火药气体压力分布的模型,使用有限体积法计算了不同来流速度和不同弹出速度下膛口流场的发展过程。结果表明,由于载机运动的影响,膛口流畅具有明显的不对称性,弹体迎风侧的激波强度要强于背风侧激波强度,会导致小型机载制导弹药发生俯仰运动。同时,由于高低压发射方式发射筒内压力较低,其膛口流场的火药气体对载机本身没有过大的负面作用,证明了发射初始阶段载机的安全性。f)为了研究该小型机载制导弹药在初始来流影响下垂直发射分离过程中的运动特点,建立了小型机载制导弹药发射分离过程的运动模型,利用有限体积法结合制导弹药六自由度运动模型,模拟计算了载机不同速度和不同弹出速度条件下弹体在发射初始过程的运动状态。研究结果表明载机运动速度越大时,小型机载制导弹药在发射初始过程受到侧向初始来流的影响越大;弹体初始弹出速度较小时,弹体受到膛口流场的影响更为明显,在膛口流场与侧向来流共同作用下弹体做摆动运动;当初始弹出速度较大时,弹体能够快速脱离膛口流场区域,并且在到达安全点火距离时产生更小的俯仰角与俯仰角速度,有利于发射过程的稳定性。