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摘要本文以旋转弹为研究对象，先根据其所受外力和外力矩的作用，建立考虑多种影响因素的751自由度弹丸刚体运动模型。然后利用VB编写弹道程序并形成火炮弹丸密集度仿真软件，以某攻坚弹为例进行仿真计算验证。在此基础上，对一批存在加工质量不一致性的弹丸进行蒙特卡洛打靶，最后分析加工误差对弹丸气动参数的影响、加工误差引起的结构误差以及质量偏心和动不平衡对弹丸弹道和射击密集度的影响。仿真结果表明，结构误差、质量偏心和动不平衡都会对弹丸弹道和密集度产生影响。31420
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毕业论文关键词旋转弹,加工误差,气动参数,密集度
Title Simulation Method for Firing Dispersion of Artillery Projectile
Abstract The rotary projectile was taken as the research object in this paper. Firstly, according to the force torque acting on the projectile, the rigid body motion model with six degrees of freedom was built with a variety of factors. This ballistic program was written by Visual Basic which was used to form the simulation software for firing dispersion of projectile. Then the assault bomb was taken as an example for simulation calculation to validate the correctness of the simulation system. On this basis, a batch machining quality inconsistency of the projectiles were shots with Monte Carlo. In the end, the influence of machining errors on the aerodynamic parameters, the effects of structure errors, mass eccentricity and dynamic unbalance on the ballistic and firing dispersion of the projectile was analyzed. The simulation results show that the ballistic and firing dispersion of the projectile is inflenced by the structure errors, mass eccentricity and dynamic unbalance.
Keywords rotary projectile， machining errors， aerodynamic parameters， firing dispersion
目次
1引言..1
1.1背景及重要性分析1
1.2国内外研究现状..2
1.3本课题研究内容和任务..3
2火炮弹丸外弹道方程4
2.1坐标系及坐标变换4
2.1.1坐标系..4
2.1.2坐标变换8
2.2作用于弹丸的力和力矩..9
2.2.1空气动力及其力矩.9
2.2.2重力及其力矩.14
2.3弹丸方程组.14
2.4本章小结.16
3加工误差对气动参数的影响分析.17
3.1某攻坚弹气动力仿真技术..17
3.1.1几何模型及计算网格.17
3.1.2气动参数计算.18
3.2加工误差对气动参数的影响和分析20
3.3本章小结.22
4基于蒙特卡洛法的密集度仿真系统..24
4.1蒙特卡洛法..24
4.2仿真软件.24
4.3仿真系统验证27
4.4本章小结.30
5加工质量不一致性对弹丸弹道和密集度的影响分析31
5.1结构误差对弹丸弹道和密集度的影响分析31
5.1.1结构误差对弹丸的弹道特性的影响.31
5.1.2结构误差对弹丸密集度的影响分析.33
5.2质量偏心和动不平衡对弹丸弹道和密集度的影响分析..34
5.2.1质量偏心和动不平衡对弹丸弹道特性的影响分析.34
5.2.2质量偏心和动不平衡对密集度的影响分析.39
5.3随机因素与密集度的相关性分析..40
5.3.1质量偏心与密集度的相关性分析41
5.3.2动不平衡与密集度的相关性分析41
5.3.3起始扰动角度与密集度相关性分析.42
5.4本章小结.43
结论..44
致谢..45
参考文献46
1 引言 在弹丸的生产制造过程中，由于设备、工艺以及技术水平等诸多因素的影响，导致同一批次弹丸弹体质量、质量偏心、外形结构等存在一定的偏差，这些弹丸加工质量不一致性可能会对弹丸的气动特性、飞行稳定性以及密集度都会带来影响，密集度是最能体现弹丸加工质量不一致性特征量。建立考虑弹丸加工质量不一致性的密集度仿真方法是考核实际弹丸加工质量偏差的有效途径之一。 1.1 背景及重要性分析 在弹丸的生产制造过程中，由于设备、工艺以及技术水平等诸多因素的影响，弹丸结构总会和理论设计的有一定的偏差。对于弹丸，主要的结构误差有弹体质量分布不均匀导致的质量偏心、由于安装误差导致的弹体不同轴等。这些误差也即弹丸加工质量不一致性可能会对弹丸的气动特性、飞行稳定性以及密集度带来影响。因此，准确获得弹丸的气动参数以及对结构误差可能带来的气动特性和密集度的影响进行精确仿真分析是具有实际意义的。随着计算机的发展和数值模拟软件的计算能力的提高与完善，采用数值计算方法获取弹丸气动数据成为可能。 武器系统的命中概率取决于武器系统的诸元精度和火炮的密集度，密集度越高，命中概率就越高，毁伤目标能力就越高[1]。所以，密集度是最能体现弹丸加工质量不一致性特征量。因而，建立考虑弹丸加工质量不一致性的密集度仿真方法是考核实际弹丸加工质量偏差的有效途径之一。密集度也是武器系统最重要的战术技术性能指标之一，影响火炮弹丸密集度的因素有很多，包括初始扰动、弹丸质量、质量偏心、动不平衡和弹道风等等。在研究火炮系统密集度的时候，组成火炮系统的很多因素都会对火炮弹丸密集度产生影响，这些因素包括弹药条件、火炮条件、计算精度与目标探测、气象条件以及发射阵地条件等。这些因素并不是相互独立存在的，其中很多的影响因素之间是相互关联的。概括起来主要有下面几个方面：影响距离散布的主要因素是初速、弹道系数、纵风和射角等；影响方向散布的主要因素是偏流、横风和水平跳角等。对近距离立靶密集度，影响高低和方向散布的主要因素是初始扰动、跳角和加工误差等。正确区分这些影响因素，对提高武器系统的射击密集度十分重要。值得关注的是，目前国家军用标准规定的试验方法，无法区分火炮、弹丸和装药本身对密集度综合值的影响，当系统密集度测定超差时，只能通过各系统分别查找原因，并且重新试验来寻找是何种因素影响的结果，造成了试验周期拖延 [2]。因此，形成一种快捷有效系统的弹丸密集度仿真方法来研究火炮弹丸的密集度问题就存在着现实意义。
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