單兵武器協(xié)同仿真與系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、以單兵綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)武器分系統(tǒng)為研究對象，針對其研制過程中涉及多個學科領(lǐng)域知識的特點，從系統(tǒng)角度出發(fā)，運用協(xié)同仿真與多學科設(shè)計優(yōu)化等現(xiàn)代設(shè)計理論與方法，對其展開研究。
　　 結(jié)合單兵武器系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，從結(jié)構(gòu)、彈道和動力學三個方面對單兵武器系統(tǒng)進行多學科分解，將其分解為榴彈結(jié)構(gòu)、武器結(jié)構(gòu)、內(nèi)彈道、外彈道、終點彈道、武器自動機動力學、彈丸-身管耦合運動、人槍相互作用等八個學科，結(jié)合各學科領(lǐng)域的知識，建立了各單學科仿真分析模型;在

2、此基礎(chǔ)上，為從全局角度對單兵武器系統(tǒng)的整體性能進行研究，構(gòu)建了單兵武器系統(tǒng)協(xié)同仿真與多學科設(shè)計優(yōu)化框架。
　　 對多學科設(shè)計優(yōu)化搜索策略展開研究，重點研究了遺傳算法，為提高其優(yōu)化效率，對遺傳算法的并行性進行了研究，并對其交叉和變異算子進行了自適應(yīng)改造，結(jié)合免疫學理論，在遺傳算法中引入了免疫算子，形成了自適應(yīng)并行免疫遺傳算法。運用該算法對三個復雜多峰函數(shù)進行了優(yōu)化求解，在保證收斂精度的情況下，大幅提高了收斂速度。
　　 根

3、據(jù)單兵武器系統(tǒng)協(xié)同仿真框架，基于協(xié)同仿真理論與方法，建立了單兵武器系統(tǒng)全彈道協(xié)同仿真、彈道-武器協(xié)同仿真和人槍系統(tǒng)協(xié)同仿真三個模型。對各協(xié)同仿真模型進行了仿真研究與參數(shù)影響分析，將仿真結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比，驗證了單兵武器系統(tǒng)各協(xié)同仿真模型的有效性及準確性。
　　 根據(jù)單兵武器系統(tǒng)多學科設(shè)計優(yōu)化框架，針對單兵步榴合一武器發(fā)射的小口徑榴彈，建立了包含榴彈結(jié)構(gòu)、內(nèi)彈道、外彈道、終點彈道和武器動力學五個學科的小口徑榴彈多學科設(shè)計優(yōu)化模

4、型，分別以最大殺傷面積、彈丸最短飛行時間、殺傷威力與武器后坐力的綜合性能為優(yōu)化目標，對其進行了多學科設(shè)計優(yōu)化研究，與原設(shè)計相比，優(yōu)化設(shè)計后榴彈性能目標性能得到顯著提高。對殺傷威力和武器后坐力綜合性能進行優(yōu)化設(shè)計時，分別采用了模擬退火算法和自適應(yīng)并行免疫遺傳算法，從優(yōu)化結(jié)果上看，自適應(yīng)并行免疫遺傳算法尋優(yōu)能力及尋優(yōu)效率更強。
　　 建立了彈丸在膛內(nèi)運動的彈丸-身管耦合運動參數(shù)化有限元仿真模型，驗證了該模型的有效性和正確性;考慮到彈

5、丸-身管耦合運動模型在進行優(yōu)化求解時的計算效率，基于正交試驗設(shè)計構(gòu)建了彈丸-身管耦合運動的Kriging近似模型。建立了包含內(nèi)彈道、身管質(zhì)量、身管強度和彈丸-身管耦合運動四個學科的彈丸-身管耦合系統(tǒng)多學科設(shè)計優(yōu)化模型，以身管質(zhì)量最輕以及彈丸在膛內(nèi)運動時期身管縱向振動角速度最小為優(yōu)化目標，對其進行了優(yōu)化研究，獲得了彈丸-身管耦合系統(tǒng)的優(yōu)化方案。
　　 針對武器發(fā)射時人槍間的相互作用，建立了包含武器結(jié)構(gòu)、內(nèi)彈道、外彈道和人槍相互作用

6、的單兵人槍系統(tǒng)多學科設(shè)計優(yōu)化模型，以武器質(zhì)量最輕、彈丸飛行時間最短及人槍相互作用力最小為優(yōu)化目標，分別對其進行了單目標和多目標的優(yōu)化設(shè)計，與原設(shè)計相比，優(yōu)化后單兵人槍系統(tǒng)的目標性能得到有效提高。對比單目標和多目標優(yōu)化結(jié)果，多目標優(yōu)化結(jié)果避免了因某個目標性能的優(yōu)化而導致其它性能嚴重劣化的現(xiàn)象。
　　 開發(fā)了單兵武器協(xié)同仿真與系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計軟件平臺，對單兵武器系統(tǒng)研制中涉及的各仿真與優(yōu)化模型、支撐軟件進行了集成和封裝;基于網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫