1、BAT 子彈藥聲陣列展開連桿機構優化設計開題報告一 論文題目： BA T 子彈藥聲陣列展開連桿機構優化設計二選題背景介紹BAT(Brainpower Antitank) 智能反坦克子彈藥是一種攻擊坦克頂裝甲的彈藥，高空拋撒后在滑翔下落過程中搜索、識別、跟蹤并在合適高度攻擊目標。BAT 在目標附近區域上空投放后，展開彈翼、尾翼進行姿態調整，待彈體穩定飛行后，聲陣列上的傳感器開始工作，在一定范圍的空域內進行目標搜索、識別。 當目標識別后， 系統根據誤差信號對飛行姿態進行調整使彈藥朝向目標飛行，當彈目距離在可攻擊距離之內時，啟動戰斗部對目標進行打擊。BA T 子彈藥是一種自主控制彈藥，使用被動傳聲器

2、和紅外傳感器對目標進行探測、搜索、識別、 跟蹤，聲陣列是其主要探測設備之一。聲陣列是指將一定數量的聲傳感器按照一定的規則排列， 通過判斷來波方向確定聲源位置的裝置。由于傳感器在空間位置上的差異，致使同一個聲源發出的聲波到達不同傳感器的時間不同（即存在時間差） ，依靠該時間差和傳感器的相對位置，可以解算出聲源的方位和距離信息。BAT 子彈藥較大的十字滑翔翼保證很好的跟蹤能力和大范圍的打擊能力，可以攻擊較離散的坦克、導彈發射車等目標， 而不限于攻擊相對集中的集群目標。三選題的意義、目的聲陣列技術被廣泛應用于智能反坦克裝甲子彈藥、武裝直升機、 地行探測、 無人監控等軍事及民用領域。在不透光的黑暗環境

3、中，雖然有熱紅外成像技術，但是從成本角度來說，聲陣列具有不可替代的優勢。另一方面， 聲陣列探測技術完全不用考慮是否受電磁干擾的影響，因而省去了龐大的反干擾電子器件，這也決定了其結構簡單、輕便，模塊化程度高的特點。正是由于這些特點和優勢，使得聲陣列探測技術受到人們的關注和研究，伴隨著計算機對信號處理能力大的大規模提升，該技術在無人監控、低空探測、 環境噪聲評估及機械噪聲診斷等領域取得了矚目成績。而聲陣列探測技術應用在反坦克彈藥上， 是對聲探測技術的完美挖掘， 預計會取得好的效果。 在子彈藥中聲陣列是布置在彈藥的十字滑翔翼上的， 彈藥采用了伸縮彈翼， 因而，在未發射或日常保養時，聲陣列應隨彈翼一起

4、收縮在彈體中； 在發射后，聲陣列需要同彈翼同時展開到正確位置， 使得彈翼和聲陣列能可靠且穩定地展開， 既要保證展開位置準確又對彈藥飛行姿態影響最小。 因此需要對伸展機構進行設計、 優化以及可靠性分析就顯得很有必要。四文獻綜述展開機構機構廣泛地應用于各種設備上， 例如雷達天線的展開、 人造地球衛星的太陽能帆板、 飛機的起落架、導彈和制導彈藥的彈翼等等。使用展開機構的原因是，設備的使用功能要求設備在存儲和工作過程中所占據體積不同。因而，展開機構有兩種狀態：展開狀態、閉合狀態。 要保證設備能夠正常運轉， 展開機構工作的可靠性不可缺少， 且對其工作性能也有要求，有的設備要求展開的速度快、沖擊小，例如導

5、彈折疊翼的展開；有的要求展開機構有足夠的強度， 例如飛機的起落架。 在展開機構的研究方面， 國內外學者作了很多研究工作并提出了很多經典的展開機構設計方案，下面進行介紹。(1).首先為總體結構設計方面的文獻：王永輝、陳曉麗等在空間展開機構初步原理分析與方案構想 1 一文中，結合傳統的展開機構和光學精密機構原理， 設計出一種精密的伸縮式空間展開機構， 其設計原理是利用交錯的連桿通過鉸鏈連接來達到伸展和收攏的效果。 該文從原理分析和方案構想角度出發， 討論了主鏡光學系統的兩種不同展開形式 （即分塊鏡向下折疊收攏和上下交錯折疊收攏） 的優缺點，并對展開機構的主要部件：鉸鏈、鎖定機構中應當注意的問題進行

6、了探討。中北大學車輛與動力工程系的關世璽、程峰在彈翼展開裝置研究2一文中，介紹了以燃氣作動筒作為動力的彈翼展開裝置的計算模型、載荷條件、研制方案、測試電路、 試驗結果和在地面模擬確定彈翼展開過程中所需的氣動力參數，從而優化了作動筒參數，保證彈翼的順利打開。南京理工大學動力工程學院劉曉利在大展弦比彈翼張開機構運動分析3 中，提出一種大展弦比彈翼張開機構的設計方案，該方案選擇彈簧、壓縮氣體或燃氣為動力源，采用連桿機構傳遞驅動力，符合約束條件與設計規范；在此基礎上建立彈翼張開機構的運動分析模型，包括彈翼張開機構的運動關系、受力分析和動力學方程。對幾種典型狀態進行對比計算、驗證分析模型， 獲得一些規律

7、性認識。其結果對于機載布撒器一類武器的總體設計與工程分析具有實用價值。 其結果可以為彈翼張開機構提供設計依據，并為相應分析提供工程計算手段。王波、宋劍鳴、宋燕平在彈簧展開機構的設計及運動學仿真4 中，設計的彈簧展開機構由兩對互為備份的彈簧、 流體阻尼器、溫度補償裝置組成。其中彈簧提供展開驅動力矩；阻尼器提供阻尼力矩以穩定展開速度，防止沖擊過大； 溫度補償裝置用以補償溫度變化對阻尼器性能的影響。 文章論述了彈簧展開機構的工作原理及結構設計和必要的分析計算，同時對該展開機構應用在某星載天線中的工作情況進行了運動學仿真。國防科技大學馬玉勇在文章燃氣作動筒彈翼展開負載模擬裝置研究5 ，文章以以某型號折

8、疊翼的展開為背景， 設計彈翼展開負載模擬裝置，模擬展開時彈翼的升力負載和阻力負載。通過對此套裝置的測試、 驗證， 證明該模擬方法簡單、有效， 能夠真實地模擬不同飛行攻角條件下的氣動載荷。 在燃氣作動筒的設計過程中，能有效地縮短燃氣作動筒的設計周期，為燃氣作動筒類火工品的研制和試驗驗證開辟了新的技術途徑。西安長峰機電研究所的鐘世宏、王占利、 孫巍在巡航導彈可折疊彈翼支架的設計及其動力學研究 6 中，根據巡航導彈可折疊展開彈翼支架部件的工作特點和性能要求，對彈翼轉軸、導向機構和展開機構等部件的設計方法進行深入分析，對燃氣作動筒的安裝型式和相關結構設計， 提出了新的見解和解決方案，給出實施新方案的具

9、體措施，并對展開機構的動力特性作出較為詳細的分析，為支架部件整體的輕量化設計提供了新的思路。彈翼的氣動外形設計過程中需要使用仿真軟件對彈翼的氣動外形進行優化，在文獻基于Fluent 的導彈其獨特性計算7 中，借助于商業CFD 軟件 FLUENT 對某型空空導彈在不同攻角 不同飛行馬赫效的氣動力進行了計算得出了該型導彈升力系數、 阻力系數和俯仰力矩系數隨飛行馬赫數和攻角的變化規律以及導彈表面的壓力分布、溫度分布和來流速度分布。結果表明， 汁算的氣動參數可以為導彈的外形設計提供依據和參考與傳統計算方法相比有一定的優越性。該文中， 軟件建模、 參數設置等方面可以對本題目彈翼外形氣動仿真過程提供參考。

10、(2) 下面是關于彈翼展開裝置的可靠性和優化設計方面的文獻：小型折疊彈翼展開機構優化設計8 中指出，傳統的設計往往是通過盲目的動力學仿真確定折疊機構的設計參數， 缺點在于： 一是效率非常低， 二是通過盲目的仿真獲取的參數無法使折疊機構的性能達到最優。 文中討論了將折疊翼展開到位時推力做的功作為目標函數的優化設計過程，其約束方程由：a.空間布局要求，b.翼面展開位置要求，c.動力學要求三方面來確定。另外， 南京理工大學崔二巍的文章：某導彈折疊翼展開過程的仿真分析8 對本課題的仿真工作提供了很好的思路和樣例。在討論展開機構的可靠性分析時，需要對組成機構的各個部件進行可靠度分配， 文獻基于遺傳算法的

11、曲柄連桿機構可靠性分配9 建立了曲柄連桿機構的可靠性模型， 并提出了通用的n 中取 k 模型。引進了可行程度和重要度兩個參數，將現有的成本函數改進為廣義成本函數，以改進后的廣義成本函數為目標函數，以系統可靠度為約束條件， 利用遺傳算法對曲柄連桿機構的可靠性進行了分配。提出了零部件重要度的確定方法，為汽車產品的可靠度分配和優化問題提出了解決方案。王丹等在基于蒙特卡洛方法的滾珠絲杠副運動可靠性分析10 中的分析方法，為我們在工程可靠性分析方面提供了模板和思路。刊于洪都科技 的：彈翼展開機構可靠性分析11一文提出了一種折迭彈翼機構在指定時間內展開到位的可靠性分析方法，文中采用序列響應面法和全概率定理

12、解決了涉及機構動力學隨機參數及發射攻角隨機參數的雙重隨機性問題，基于本方法所研制的 RSMM 程序應用效果良好。五研究內容(1).子彈藥聲陣列展開機構的結構特點與設計要求：包括聲陣列展開機構的結構、強度、剛度、可靠性要求。(2).彈翼及聲陣列結構整體的氣動布局、氣動特性(3).聲陣列展開機構的優化設計，對展開機構進行運動學仿真，利用流固耦合仿真軟件分析展開過程的阻力特性參數(4).基于可靠性的優化設計六要解決的難點問題問題 1：結構、展開驅動的設計應使得：展開機構的運動對彈體姿態影響、沖擊過載最小。彈翼和傳感器支撐桿的轉動運動對彈體姿態影響大小取決于兩個方面：驅動展開運動的驅動力：驅動運動開始和結束時的運動速度、加速度因此，選擇驅動力的類型成為解決問題的關鍵。問題 2：彈翼的翼形選擇。彈翼的翼型將決定彈翼的氣動參數，影響彈藥的機動性能。要想得的彈翼的氣動參數，需要用仿真軟件進行仿真、分析， 因此想要解決此問題，需要學會熟練操作、設置流體仿真軟件。問題 3：展開機構大的結構分析、可靠性分析目前依靠有限元方法分析彈翼結構的做法在工程實踐中被廣泛使用，