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1 绪论弹丸速度是弹丸运动特性的一个重要参数，是衡量武器性能的基本参数，也是为射表编制和内弹道研究必须提供的数据。
区截装置测速法是现代靶场中弹丸测速的普遍方法。
1．1 弹丸测速技术研究的意义在武器系统的研制、定型、生产质量控制、产品检验以及弹道学理论的研究中，都需要测定弹丸的飞行速度。
弹丸飞行速度是弹道特性的一个重要参数之一，也是枪炮，火药生产研制的一个重要技术指标。
弹丸速度的大小与弹丸发射条件及过程有关，也与弹丸本身的物理参数、气动参数和气象参数有关，它是衡量枪炮特性和弹道特性的一项重要指标。
利用这项指标，可以描述作用在弹丸上的力和力矩随马赫数的变化以及射击时伴随枪炮及弹药的一些物理现象，可以确定武器弹药系统的弹道特性、选择装药和普遍地检验枪炮、火药和弹药工厂的产品。
因此，在武器系统的研制、定性、生产质量控制、产品验收，以及整个弹道学理论和其他一些理论的研究中都需要测量弹丸的飞行速度[1]。
虽然目前弹丸测速技术已经比较成熟了，但是随着目前国防对各种类型高速射击武器的不断需求以及武器研制和生产水平的不断进步，各类射击武器的研制和产厂家越来越突出其出射弹丸的高速性能，因此在对各类射击武器的定型和生产中对弹丸速度的高精度测量也提出了越来越高的要求。
可见对于弹丸测速技术的进一步研究和改进，把目前一些新方法和新技术运用到弹丸测速技术之中，提高弹丸测速的精度和稳定性仍然有着重要的意义。
1．2 弹丸测速技术国内外的发展与现状自1742年，英国实验弹道学家罗宾斯发明弹道摆，第一次提供弹丸速度的测量方法以来，人们对弹丸飞行速度的测量进行了大量的研究，发明了许多较为成功的方法，19世纪中期，由于火炮发射技术的进步，弹丸速度的不断增加，对弹丸速度测定精度要求也愈来愈高。
这样，客观上促进了弹丸速度测量技术的发展，电械测时仪、布朗节测速仪是这一期间应用较为广泛的两种测速方法，特别是，布朗节测速仪大大提高了弹丸测速精度，使人们对空气阻力有了更深刻的认识，可以说是弹丸速度测量方法的一次重大革新，这种测速方法在我国普遍采用，直到60年代才开始被新的测速方法取代[2]。
摘要本次课程设计的主要内容主要涉及膛内弹丸发射的安全性分析弹道的计算与稳定性分析以及弹丸发射后的威力计算这些内容。
本次课程设计需运用AUTOCAD对弹丸进行弹体以及半备弹丸图进行绘制，主要运用《炮弹设计理论》《火炮弹道学》两本教材进行对弹丸在膛内已经弹道飞行时的计算，并且根据《炮弹设计理论》的知识运用电脑编程计算进行弹丸威力的模拟。
本次课程设计在计算弹体应力时要很好的运用数学知识，力学知识。
在计算飞行稳定性时主要运用了外弹道学的基础知识，在弹丸威力计算时运用《弹丸设计理论》中的知识以及计算机编程技术。
本次课程设计我们本着弹丸所需的三要述当成主要宗旨，在膛内内运动中保证弹丸的运动的正确性，安全可靠性；在进行飞行稳定性计算中我们将保证弹丸的的稳定性尽力设计出飞行阻力小的设计方案。
在威力设计中我们将按照目标区域的可靠以及威力最大化的方式进行设计。
目录摘要---------------------------------------------------------------- 11.弹丸弹体零件图及半备弹丸图的绘制---------------------------------- 42.弹丸发射安全性分析------------------------------------------------ 52.1发射时所受的载荷--------------------------------------------- 52.2 弹体及其零件在最大膛压时的强度校核------------------------- 62.2.1弹体的强度计算与校核----------------------------------- 62.2.2弹底强度计算------------------------------------------- 82.3弹药装填物的发射安全性计算.--------------------------------- 113.弹道计算跟稳定性分析--------------------------------------------- 133.1弹丸在外弹道的空气动力和力矩的分析-------------------------- 133.1.1根据CAD制图可得出弹丸的的几何参量：------------------ 133.1.2弹丸空气动力和力矩的分析------------------------------ 143.1.3极阻尼力矩-------------------------------------------- 143.1.4赤道阻尼力矩------------------------------------------ 153.1.5马格努斯力以及力矩------------------------------------ 163.2攻角为零时的空气阻力系数计算-------------------------------- 163.2.1摩擦阻力系数计算-------------------------------------- 163.2.2涡阻系数的计算---------------------------------------- 183.2.3波阻系数的计算---------------------------------------- 183.2.4弹体阻力系数分析-------------------------------------- 193.3弹丸外弹道参量的计算---------------------------------------- 203.3.1弹道系数与弹形系数的计算------------------------------ 203.3.2弹道诸元的确定---------------------------------------- 203.4弹丸飞行稳定性计算------------------------------------------ 223.4.1弹丸陀螺稳定性得计算---------------------------------- 233.4.2追随稳定性的计算-------------------------------------- 244. 弹丸威力的计算与分布-------------------------------------------- 264.1杀伤面积的计算---------------------------------------------- 264.2杀伤面积编程及结果分析-------------------------------------- 294.2.1立姿时的结果------------------------------------------ 304.2.2卧姿时的结果------------------------------------------ 324.2.3结果分析---------------------------------------------- 35 参考文献----------------------------------------------------------- 37 附录（1）附录（2）1.弹丸弹体零件图及半备弹丸图的绘制运用AUTOCAD绘制弹体零件图和半备弹丸图是本次课程设计任务书中非常重要的一部分，这一部分直接关系到本次课程设计的结论的正确与否。
飞行器的稳定性与控制研究在人类追求征服天空和探索宇宙的征程中，飞行器的稳定性与控制一直是至关重要的研究领域。
从早期的简单滑翔机到现代的高性能喷气式飞机、直升机以及复杂的航天器，对飞行器稳定性和控制的深入理解与不断创新，直接关系到飞行的安全、效率和性能的提升。
飞行器的稳定性，简单来说，就是指飞行器在飞行过程中保持原有状态或在受到外界干扰后能够恢复到原有状态的能力。
一个稳定的飞行器能够在各种环境条件和操作情况下，保持姿态、速度和高度的相对稳定，不会出现过度的摇晃、颠簸或失控的情况。
稳定性可以分为静稳定性和动稳定性。
静稳定性关注的是飞行器在受到瞬时干扰后，是否有回到原始平衡状态的趋势。
比如，当飞机受到一阵侧风干扰时，如果飞机自身具有静稳定性，它会产生一个自动恢复到原飞行方向的力或力矩。
动稳定性则更关注飞行器在受到干扰后，其运动状态随时间的变化情况，即是否能够逐渐收敛并最终回到稳定状态。
影响飞行器稳定性的因素众多。
首先是飞行器的外形设计。
例如，飞机的机翼形状、机身长度和比例等都会影响其空气动力学特性，从而对稳定性产生影响。
合适的机翼设计可以提供足够的升力和稳定性，而机身的流线型设计则有助于减少阻力和提高稳定性。
其次，飞行器的重心位置也是关键因素之一。
重心位置的变化会直接改变飞行器的力矩平衡，进而影响其稳定性。
此外，飞行器的质量分布、转动惯量等特性也会对稳定性产生重要影响。
控制系统在飞行器的稳定性中扮演着不可或缺的角色。
早期的飞行器控制主要依靠机械装置，如简单的操纵杆和连杆系统。
随着技术的发展，电子控制系统逐渐成为主流。
这些系统通过传感器感知飞行器的姿态、速度、高度等参数，并将这些信息传递给飞行控制计算机。
计算机根据预设的算法和控制逻辑，计算出所需的控制指令，然后通过执行机构（如舵面、发动机推力等）来调整飞行器的状态，以保持稳定或实现特定的飞行任务。
现代飞行器的控制系统通常采用反馈控制原理。
通过不断测量飞行器的实际状态与期望状态之间的偏差，并根据偏差产生相应的控制信号，使飞行器能够迅速准确地响应控制指令。
第24卷第4期南京理工大学学报Vol.24No.4 2000年8月Journal of Nanjing University of Science and Technology Aug.2000弹道修正弹在脉冲力矩作用下的飞行稳定性条件*王中原**丁松滨王良明(南京理工大学弹道研究所,南京210094)摘要弹道修正是近年来为提高弹药设计精度而出现的一种新技术。
该文对弹道修正技术中常采用的脉冲力矩修正作用,对弹丸飞行稳定性状况的影响等进行了讨论,给出了脉冲力矩作用下飞行稳定性条件。
这对目前开展的修正弹道技术研究,特别是对弹道修正设计方案的选取,有一定的参考意义。
关键词弹道修正,脉冲力矩,外弹道,飞行稳定性分类号T J012133精确打击弹药是近年来弹药技术领域重点发展的方向之一。
由于普通弹药根据发射前观测到的目标与发射平台位置等条件来决定相应的射击诸元,射击后就无法对飞行弹道加以控制或修正,但实际中由于存在各种随机干扰因素,造成飞行弹道偏离预定弹道或目标。
发射后能根据偏离预定弹道或目标的情况对实际弹道加以修正,是精确打击弹药的一个主要技术手段,也是这类弹药区别于普通弹药的一个重要标志。
在弹道修正中,常需要在弹上作用一些修正力或脉冲力矩,它们对原飞行稳定的弹丸的飞行稳定性条件、状况等有何影响,在理论上必须弄清楚。
文献[1]对作用力作用在修正弹道中的情况作了较详细的讨论,而对常使用的脉冲力矩修正情况则未加考虑。
本文正是基于上述问题,分析讨论了旋转弹在弹道上进行脉冲力矩修正时的飞行情况。
1所采用的坐标系(1)地面坐标系o-x yz。
射出点o为坐标原点,ox轴在水平面内指向目标方向,oy轴铅垂向上,oz轴按右手法则定出。
(2)速度坐标系c-x2y2z2。
原点在弹丸质心c上,cx2轴与弹丸质心的速度矢量 v一致,该系相对o-xy z系的方位角为H和7,即首先将o-x yz系平移至弹丸质心并记为c-x c y c z c系,将c-x c y c z c系绕cz c轴转动H角得cy2,然后再绕cy2轴转动7角,即可得c-x2y2z2系。
前言本次课程设计主要是对弹丸的弹道进行计算，并分析弹丸的飞行稳定性，是以《火炮弹道学》为基础的一门综合课程设计。
本次课程设计的任务：“ 100mm 舰炮杀爆弹弹道计算与飞行稳定性分析”，是应用《火炮弹道学》的相关知识，对弹丸所受的摩擦阻力、涡流阻力、波动阻力进行分析，从而得到弹丸的弹形系数和弹道系数。
通过对《地面火炮外弹道表》（国防工业出版社）的查找，分析100mm 舰炮杀爆弹的各弹道诸元，最终对弹丸进行陀螺稳定性和追随稳定性的计算，并进行结果分析。
目录1弹体零件图和弹丸装配图绘制 (1)2弹丸空气动力参数计算 (2)2.1弹丸外形的几何参数计算 (2)2.2空气动力参数计算 (3)2.2.1弹体表面摩擦阻力系数计算 (3)2.2.2涡流阻力系数计算 (4)2.2.3波动阻力系数计算 (4)2.2.4阻力系数计算 (5)2.2.5弹形系数和弹道系数计算 (5)3弹道诸元计算 (7)4飞行稳定性计算 (9)4.1陀螺稳定性计算 (9)4.1.1翻转力矩特征数 K mz计算 (9)4.1.2缠度上限的计算 (9)4.2追随稳定性计算 . (10)4.2.1弹道最高点速度 v s的计算 (10)4.2.2缠度下限的计算 (11)4.3动态稳定性分析 . (11)5结果分析 (13)5.1弹丸空气动力参数分析 (13)5.2弹丸弹道参数分析 (13)5.3弹丸飞行稳定性分析 (13)错误！未定义书签。
致谢 ....................................................参考文献................................................错误！未定义书签。
附图 1：弹体图附图 2：装配图1弹体零件图和弹丸装配图绘制由提供的 100mm 舰炮杀爆弹弹丸半备图，应用AutoCAD2010 软件画弹体图。
在绘制过程中应注意几点：（1）绘图前先设置图限、图层；（2）不同类型的对象绘制在不同的图层上，利于以后修改；（3）设置线宽显示比例，使粗细线显示协调；（4）标注前先设置标注样式，包括非圆直径、角度、标准标注等。
网象限探测器．ｋ一刖姿置态放控性大——ｔ１制电系路统Ｉ图３激光主动探测制导系统工作原理图Ｆｉｇ．３Ｄｉａｇｒａｍｏｆｌａｓｅｒａｃｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｇｕｉｄａｎｃｅｓｙｓｔｅｍ２．２姿态控制模块设计姿态控制模块主要由姿态控制电路和执行机构组成。
姿态控制电路由ＦＰＧＡ、ＡＤ转换器、ＦＬＡＳＨ存储器和电压转换器组成。
ＦＰＧＡ采用Ｘｉｌｉｎｘ公司生产的ＸＣ２Ｓ１００Ｅ系列≯：ＡＤ转换器选用ＡＤ公司生产的一款具有完整双通道、最高采样率为２８ＭＨｚ的８位模数转换芯片ＡＤ９２８１：ＦＬＡＳＨ存储器采用ＳＡＭＳＵＮＧ公司生产的容量为１Ｇｂｉｔ的Ｋ９Ｆ１Ｇ０８ＵＯＡ系列芯片。
ＡＤ的转换、ＦＬＡＳＨ的擦除读写等操作都是在核心逻辑控制芯片ＦＰＧＡ的控制下完成的：执行机构主要由舵机和尾翼构成。
采用的舵机具有体积小、重量轻、转速快、扭力大等特点，其重量为９９，外形尺寸为２２ｍｍｘｌｌ．５ｍｍＸ２７ｒａｍ，在４．８Ｖ电源供电情况下其转速为５００。
／ｓ．扭力矩为１．６ｋｇ／ｃｍ。
该舵机在静态下需要的电流约为２０ｍＡ，而在转动的瞬间，电流约为２００ｍＡ。
姿态控制电路和执行机构都由锂电池供电．由ＲＥＧｌ０４电源转换芯片将７．４Ｖ输入电压转换为５Ｖ输出电压，作为ＡＤ９２８１、舵机等的供电电源：由ＴＰｓ７０３５１电源转换芯片将５Ｖ电压转换为３．３Ｖ和１．８Ｖ．为ＦＬＡＳＨ和ＦＰＧＡ等芯片供电。
其姿态控制电路硬件原理框图如图４所示。
１４路方位信号ｌ－＊ｔ■－Ｉｂ医ＪｒＡＤ姿Ｉ芭｝山ｌ信号调理一－ｉ，采－－ＩＩ，态Ｉ燕解信号回采ＨＮ上集上：Ｚ算ＡＤ转换器Ｈ－＊ｔ数据存储Ｉ．卜∞５ＦＰＧＡＩｋ圈４姿态控制硬件电路原理框图Ｆｉｇ．４Ｄｉａｇｒａｍｏｆａｔｔｉｔｕｄｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｈａｒｄｗａｒｅｃｉｒｃｕｉｔｒｙ姿态控制电路的基本工作原理：采集激光主动制导模块输出的４路电信号，对其进行信号调理，自动诧与仪表２０ｌｌ‘（３）并经ＡＤ转换后进行相应姿态解算．获取目标方位信息后输出控制微型舵机偏转的ＰＷＭ脉宽调制信号；执行机构的基本工作原理：舵机的转动带动尾翼的偏转，以使弹体产生绕质心运动的控制力矩，改变弹体的气动力．不断减少弹体飞行轨道和目标之间的偏差，并最终击中目标。
关于提高《弹丸飞行初速测试实验》课程实施可靠性的探讨摘要：弹丸飞行初速的测量是一项经常性的工作，在培养装备保障和指挥类人才中，弹丸飞行速度的测量是学习的重要内容之一。
雷达测速法是诸多测量方法中的一种，由于测速雷达适用武器范围广、不受场地限制及在高射角射击时架设方便等优点，得到了广泛应用。
在某初速雷达的教学实施使用过程中，发现该雷达的可靠性不够高，尤其在测量小口径弹丸的飞行初速时经常得不到可靠数据。
本文对该初速雷达的测速原理进行了简要论述，对存在的问题进行了详细的分析，提出了改进措施。
经验证，改进后可有效提高某初速雷达的测试可靠性。
Abstract：Radar-testing-speed is one of many bullet muzzle velocity methods which is often used. It is applied widely because of its excellences，for example，it is for a wide range of weapons and environments，convenient to use in a large angle when shooting. In the employing of the muzzle velocity radar，we find that its reliability is not enough，especially when we test the muzzle velocity of a small-caliber projectile. In regard to the muzzle velocity radar，we make the reliability of muzzle velocity radar better by making a simpleexposition for its speed-testing principles，a detailed analysis and improved measures for problems.关键词：提高；弹丸飞行初速；初速雷达；可靠性Key words：improve；bullet muzzle velocity；muzzle velocity radar；reliability中图分类号：TJ410.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）33-0199-030 引言弹丸飞行初速作为武器系统中重要的一项参数，在武器系统的研制、定型、生产质量控制、产品验收以及弹道学理论的研究中都发挥着重要作用，因其作为影响射击精度的诸多因素当中最主要的因素之一，且容易发生变化，因此，在部队和试验基地经常对弹丸飞行初速进行测量，以衡量火炮特性、弹药特性和弹道特性等等，同时在培养装备保障和指挥类人才中，弹丸飞行速度的测量是学习的重要内容之一。
关于提高《弹丸飞行初速测试实验》课程实施可靠性的探讨作者：邓士杰靳秀文唐力伟于杰超来源：《价值工程》2015年第33期摘要：弹丸飞行初速的测量是一项经常性的工作，在培养装备保障和指挥类人才中，弹丸飞行速度的测量是学习的重要内容之一。
雷达测速法是诸多测量方法中的一种，由于测速雷达适用武器范围广、不受场地限制及在高射角射击时架设方便等优点，得到了广泛应用。
在某初速雷达的教学实施使用过程中，发现该雷达的可靠性不够高，尤其在测量小口径弹丸的飞行初速时经常得不到可靠数据。
本文对该初速雷达的测速原理进行了简要论述，对存在的问题进行了详细的分析，提出了改进措施。
经验证，改进后可有效提高某初速雷达的测试可靠性。
Abstract： Radar-testing-speed is one of many bullet muzzle velocity methods which is often used. It is applied widely because of its excellences， for example， it is for a wide range of weapons and environments， convenient to use in a large angle when shooting. In the employing of the muzzle velocity radar， we find that its reliability is not enough， especially when we test the muzzle velocity of a small-caliber projectile. In regard to the muzzle velocity radar， we make the reliability of muzzle velocity radar better by making a simple exposition for its speed-testing principles， a detailed analysis and improved measures for problems.关键词：提高；弹丸飞行初速；初速雷达；可靠性Key words： improve；bullet muzzle velocity；muzzle velocity radar；reliability中图分类号：TJ410.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）33-0199-030 引言弹丸飞行初速作为武器系统中重要的一项参数，在武器系统的研制、定型、生产质量控制、产品验收以及弹道学理论的研究中都发挥着重要作用，因其作为影响射击精度的诸多因素当中最主要的因素之一，且容易发生变化，因此，在部队和试验基地经常对弹丸飞行初速进行测量，以衡量火炮特性、弹药特性和弹道特性等等，同时在培养装备保障和指挥类人才中，弹丸飞行速度的测量是学习的重要内容之一。
基于微泡的弹丸飞行稳定研究微泡是一种在液体中形成的微小气泡，可以通过控制微泡的大小、形状和分布来调节液体的物理性质。
在许多工程和科学领域中，微泡都起着重要的作用，例如在化学反应中的溶解、传热、传质、流动等过程中的增效作用。
弹丸飞行稳定性是枪械设计中的重要问题之一，其关系到弹丸的飞行轨迹、精度和射程等性能。
在传统的方法中，通常采用改变弹丸的形状、尾部设计，以及加装稳定器等方法来增加弹丸的稳定性。
然而，这些方法往往会增加弹丸的重量和阻力，从而降低了弹丸的射程和速度。
而采用微泡技术来提高弹丸的稳定性可以克服这些问题。
现有的研究表明，在飞行过程中，微泡可以形成在弹丸表面并且形成一层气膜，从而降低了弹丸与风阻的接触面积，减小了阻力，并能够提供一种稳定的气动力学作用。
具体来说，微泡可以在弹丸边缘形成一个类似于涡流的区域，从而改变了弹丸的旋转和运动轨迹，使其保持稳定。
为了研究微泡对弹丸飞行稳定性的影响，可以建立一个简化的气动模型来描述弹丸飞行过程。
该模型考虑了气膜厚度、气膜离心力、气膜湍流等因素，并通过数值模拟方法来模拟微泡在弹丸表面的形成和演化过程。
通过比较不同气膜参数和弹丸参数（如形状、大小、质量等）对飞行稳定性的影响，可以优化微泡技术的应用。
研究还可以进行实验验证，选择合适的弹丸和液体介质，在不同的飞行条件下进行飞行稳定性测试。
通过测量弹丸的飞行速度、旋转速度和飞行轨迹等参数，可以定量评估微泡对飞行稳定性的影响，并与传统方法进行比较。
同时，还可以观察微泡在弹丸表面的行为，如聚集、融合和破裂等，以及其对弹丸表面状况的影响。
除了实验和数值模拟，可以通过分析微泡在弹丸表面的作用机制和动力学原理来深入理解弹丸飞行稳定性的问题。
例如，研究微泡在弹丸表面的湍流行为、压力分布和涡流演化过程等，可以揭示微泡对弹丸运动的影响机制。
综上所述，基于微泡的弹丸飞行稳定研究是一个具有潜力的领域。
通过建立气动模型、进行实验验证和分析微泡的作用机制，可以进一步优化微泡技术，提高弹丸的飞行稳定性，从而在军事、射击和航天等领域中发挥重要作用。
Science 控制律框图如图2所示。
2仿真及仿真结果全弹道仿真在Matlab/Simulink 环境[4-5]下进行,Simulink 仿真框图如图3所示,本文中将控制系统、舵机和弹体运动方程封装在了一个模块里。
仿真时,当导弹与目标之间的接近速度V c <0时,认为导弹与目标遭遇,仿真结束。
刚性导弹与弹性导弹的仿真对比结果如图4所示。
从刚性导弹与弹性导弹全弹道仿真的参数对比图上可以看出二者的飞作者简介:姚爽(1989.10.12—),女,2014年获北京航空航天大学硕士学位,上海飞机设计研究院,助理工程师,主要研究方向为国内机体供应商现场工程支持管理。
图1典型的导弹制导/运动学回路图3导弹全弹道仿真simulink 框图图2导弹自动驾驶仪构成. All Rights Reserved.Science &Technology Vision科技视界(上接第76页)5kW(最大6kW)功率放大器PA 由6个基本模块、微处理器的控制板、输入输出分配合成板及耦合电路以及5组大容量低躁风扇组成。
每个基本模块输出功率1.2kW,每个1.2kW 放大模块采用了最新高效的LOMOSFET 大功率功放管BLF188XR 一只。
功放单元PA 具有自动保护功能,对高温、过压、过流、过驱动、过载、反射太大,输出功率太小和太大等都能自动保护,同时具有直射功率太小、直射功率太大、过驱动、反射太大和散热器温度太高等报警信号。
其原理方框图如图4所示:图45kW 功率放大器单元原理方框图功率放大器PA 经无源功率分配器直接接收来自激励器的信号,无需中间级放大,使发射机功放链路无瓶颈支路,各级信号分配合成器插入损耗低于0.16dB。
功放单元PA 内放大板由3个2.5kW TDK LAMBDA(共7.5kW)独立的48VAC 开关电源并联供电。
当有射频模块损坏时,供电电源组将自动调整供电状态以保证整个放大器的输出在4kW。
第1章绪论1.1微型机电系统的发展状况微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanic System）是一种先进的制造技术平台。
它是以半导体制造技术为基础发展起来的。
MEMS技术采用了半导体技术中的光刻、腐蚀、薄膜等一系列的现有技术和材料，因此从制造技术本身来讲，MEMS中基本的制造技术是成熟的。
但MEMS更侧重于超精密机械加工，并要涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。
它的学科面也扩大到微尺度下的力、电、光、磁、声、表面等物理学的各分支[1]。
微机电系统是微电路和微机械按功能要求在芯片上的集成，尺寸通常在毫米或微米级，自八十年代中后期崛起以来发展极其迅速，被认为是继微电子之后又一个对国民经济和军事具有重大影响的技术领域，将成为21世纪新的国民经济增长点和提高军事能力的重要技术途径[2]。
微机电系统的优点是[3]：体积小、重量轻、功耗低、耐用性好、价格低廉等优点。
、性能稳定等。
微机电系统的出现和发展是科学创新思维的结果，使微观尺度制造技术的演进与革命。
微机电系统是当前交叉学科的重要研究领域，涉及电子工程、材料工程、机械工程、信息工程等多项科学技术工程，将是未来国民经济和军事科研领域的新增长点。
MEMS(微机电系统)最初大量用于汽车安全气囊，而后以MEMS传感器的形式被大量应用在汽车的各个领域，随着MEMS技术的进一步发展，以及应用终端“轻、薄、短、小”的特点，对小体积高性能的MEMS产品需求增势迅猛，消费电子、医疗等领域也大量出现了MEMS产品的身影[4][5]。
MEMS的特点是：1）微型化：MEMS器件重量轻、体积小、惯性小、耗能低、响应时间短、谐振频率高。
2）以硅为主要材料，硅的热传导率接近钼和钨，密度类似铝，强度、硬度和杨氏模量与铁相当，具有良好的机械电器性能。
硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨。
3）批量生产：在一片硅片上可以利用硅微加工工艺制作成上百个或上千个完整的MEMS装置,大大降低了MEMS的制造成本。
低转速条件下的弹丸飞行稳定性分析
吕铁钢;张亚;李世中
【期刊名称】《现代防御技术》
【年(卷),期】2018(046)003
【摘要】为了解决制导炮弹引信试验成本高、研制进度慢、试验条件复杂等问题,以制式榴弹为原型设计了模拟试验弹,用于模拟引信的发射环境.由于试验弹转速较低,在不采用尾翼的条件下,出炮口距离200 ～300 m内,弹丸是否飞行稳定,是一个需要重点考虑的问题.飞行中的弹丸,由于阻力方向与质心运动方向不一致,导致合力不一定通过质心,迫使弹体在空中翻转,所以弹体的旋转速度和气动外形设计是弹体飞行稳定的必要条件.通过对弹丸在一定距离内的飞行稳定性数值计算,用数值计算结果进行稳定性仿真分析,进而说明数值仿真计算对弹丸气动外形设计可以提供有效参考.
【总页数】7页(P60-65,132)
【作者】吕铁钢;张亚;李世中
【作者单位】中北大学机电工程学院,山西太原030051;中北大学机电工程学院,山西太原030051;中北大学机电工程学院,山西太原030051
【正文语种】中文
【中图分类】V211.24
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5.SR-CH∞KF用于弹丸飞行姿态测量研究 [J], 张平安;汪伟;高敏;王毅
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于气泡型非光滑表面的弹丸减阻性能研究
裴乙橦;邵伟平;郝永平;陈闯;赵洪力
【期刊名称】《成组技术与生产现代化》
【年(卷),期】2018(035)002
【摘要】为了研究非光滑表面弹丸减阻的效果,利用Pro/Engineer建立几何模型,导入Gambit划分网格,基于Fluent软件,并采用S-A单方程湍流模型对弹丸飞行的气动特性进行三维数值模拟.分别对不同马赫数和攻角下非光滑表面的弹丸气动特性进行数值模拟,分析了微气泡数量和大小对非光滑表面弹体的升力、阻力影响,获得了不同工况下阻力系数和升力系数的变化规律.结果表明,气泡型非光滑表面弹丸可以在一定程度上减小飞行阻力.
【总页数】5页(P54-57,62)
【作者】裴乙橦;邵伟平;郝永平;陈闯;赵洪力
【作者单位】沈阳理工大学机械工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学机械工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学机械工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学机械工程学院,辽宁沈阳110159;辽沈工业集团有限公司研发中心,辽宁沈阳110159
【正文语种】中文
【中图分类】TG51
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第1章绪论1.1微型机电系统的发展状况微机电系统(MEMS, Micro-Electro-Mechanic System )是一种先进的制造技术平台。
它是以半导体制造技术为基础发展起来的。
MEMS技术采用了半导体技术中的光刻、腐蚀、薄膜等一系列的现有技术和材料，因此从制造技术本身来讲，MEMS中基本的制造技术是成熟的。
但MEMS更侧重于超精密机械加工，并要涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。
它的学科面也扩大到微尺度下的力、电、光、磁、声、表面等物理学的各分支⑴o微机电系统是微电路和微机械按功能要求在芯片上的集成，尺寸通常在毫米或微米级，自八十年代中后期崛起以来发展极其迅速，被认为是继微电子之后又一个对国民经济和军事具有重大影响的技术领域，将成为21世纪新的国民经济增长点和提高军事能力的重要技术途径[2]o微机电系统的优点是⑶：体积小、重量轻、功耗低、耐用性好、价格低廉等优点。
、性能稳定等。
微机电系统的出现和发展是科学创新思维的结果，使微观尺度制造技术的演进与革命。
微机电系统是当前交叉学科的重要研究领域，涉及电子工程、材料工程、机械工程、信息工程等多项科学技术工程，将是未来国民经济和军事科研领域的新增长点。
MEMS（微机电系统）最初大量用于汽车安全气囊，而后以MEMS传感器的形式被大量应用在汽车的各个领域，随着MEMS技术的进一步发展，以及应用终端“轻、薄、短、小”的特点，对小体积高性能的MEMS产品需求增势迅猛，消费电子、医疗等领域也大量出现了MEMS产品的身影⑷⑸。
MEMS的特点是：1 ）微型化：MEMS器件重量轻、体积小、惯性小、耗能低、响应时间短、谐振频率咼。
2 ）以硅为主要材料，硅的热传导率接近钼和钨，密度类似铝，强度、硬度和杨氏模量与铁相当，具有良好的机械电器性能。
硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨。
3）批量生产：在一片硅片上可以利用硅微加工工艺制作成上百个或上千个完整的MEMS装置,大大降低了MEMS的制造成本。
4）集成化：可以把致动方向、不同功能或不同敏感方向的多个执行器或传感器集成于一体，或形成微执行器阵列、微传感器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统。
微电子器件、微执行器和微传感器的集成可制造出稳定性、可靠性很高的MEMS。
5）多学科交叉：MEMS涉及机械、制造、电子、材料、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。
MEMS的发展会开辟许多新技术领域和产业，由于其微型化、集成化会带来许多新原理、新功能元件和系统的探索，目前，形成使用的产品是一些微传感器、微执行器等微结构装置，这些产品能够到达人类以前无法进入的许多领域，对生物医学、机器人、汽车、航天、航空、军事等领域产生重大的影响，21世纪MEMS将走向实用化，因此未来发展的市场前景是十分宽广的。
1.2基于MEMS的微制动器微致动器(Microactuator)又称微执行器或微驱动器，是能够产生和执行动作的一类微机械部件或器件的总称。
微致动器是MEMS的重要组成部分，在微机械研究领域起到了不可替代的作用，微致动器的动作可以利用能量转换，将其他形式的能量转化为机械能，使其达到驱动的目的。
微致动器的动作可以利用多种物理效应实现，常用的执行方式有压力效应、电磁效应、热效应和静电效应。
例如，压电式马达或超声马达可以通过两马达材料之间产生的逆压电效应技术实现，微气泡制动器的凸起可以通过压力效应技术实现，磁性驱动器可以通过电磁效应技术实现。
除此之外，光制动、超导制动、凝胶等咼分子制动、超声波制动、行波制动、电液制动等技术也在微致动器领域得到应用，下表1.1列出了应用较广的几种微致动器制动类型和特点［6］。
一般(0.5kgf/cm2 p 1kgf/cm2), 小( p 0.5kgf/cm2)行程：大(100 m d ), 一般(30 m d 100 m)，小(10 m d 30 m ),彳艮小(d 10 m )响应时间：很快(t 0.1ms)，快(0.1ms t 1ms)，一般(1ms t 1s)，慢(1s t) 各种致动方式的对应的典型致动器如表 1.2所示⑺。
表1.2微制动器及其制动方式制动方式典型器件压电微泵、微阀、磁盘驱动器伺服系统静电微电机、微闸、微镜、微扫描器、微继电器电磁微继电器、微泵、微阀热膨胀微阀、微夹持器热气动微泵、微阀、打印机喷头形状记忆微阀、光纤开关电磁微执行方法是静电、压电和磁的执行方法，自从集成电路工艺提供导电和绝缘材料的广泛选择范围之后，静电执行的实现逐渐成为可能，静电型可变形膜微执行器，在上、下两片导电硅中，用绝缘材料形成空气间隙，在下面的硅基体中形成一个很薄的弹性模[8][9]。
当上、下导电硅之间加上电压后，由于静电引力，使弹性模向上变形，从而产生垂直于基板平面方向的驱动力。
静电执行方式还可产生基板平面内的运动。
其工作原理如图 1.1所示图1.1静电型可变形膜微执行器的工作原理图与静电执行方式一样，磁执行也可用于可变形结构型和机械结构型两种微执行器中，大部分电磁型微马达使用的是磁执行方式。
与电、磁两种微执行方式不同，热执行方式原则上只适用于制备可变形结构型微执行器，在热执行方式中，比较引人注目的是双金属、形状记忆合金和热气动。
双金属微执行方式利用夹心层材料元件的热膨胀系数之间的失配而产生力或位移，形状记忆合金是一种具有形状恢复特性的金属，这种金属当在某一温度下塑性形变，当他们升到较高温度时，将完全恢复原先的形状，在恢复形状时，这种金属所产生的位移或力或两者的结合将是温度的函数。
热气动微执行方式是利用流体加热时发生体积膨胀来实现执行动作[10]0上面已经介绍了电、磁、热等各种微执行方式，它们各具优点，可用于各种不同的情况，衡量某种微执行方式的优劣主要应该由实际使用效果来决定，但其中一个重要的因素是要考虑这种执行方式能产生的力或机械能的大小。
然而，现在大部分微制动器还处于研究阶段，因此，提高微致动器器件的性能是市场化的主要趋势。
1.3微制动器在流动控制中的应用20世纪90年代初，美国的研究人员已经提出了这样的设想，将MEMS微致动器阵列应用于流动控制中，这种设想得到了美国军方的支持，继而一些研究人员开始了微气泡微致动器在流动控制中的研究［11］。
随后，一些西方国家也开始了微致动器阵列和微传感器阵列结合用于流体动力学控制的研究，最后形成了MEMS技术的最新研究领域，基于MEMS技术的流动主动控制技术，这方面的研究主要集中在航空航天领域。
在湍流边界层中微气泡驱动器通过控制主动气流来控制飞行器，过去的研究已经证明了一些方法的可行性，1997年前后，一些研究人员已经研究了微致动器的使用，这些微致动器可以安装在可展开机翼上或者火炮弹体的躯体上，绝大多数的制动器是为了干扰流体的流向，在一定程度上来引起沿该表面的局部静态压力的变化，这些制动器包括磁性制动器，微气泡制动器。
磁性制动器如图 1.1所示，磁性制动器主要利用磁力来驱动透磁合金的摆动，这种毫米级大小的微致动器可以产生较大的力和非平面摆动位移（1-2mm），磁性制动器已经被安装在飞机的三角翼前缘进行试验，通过透磁合金的摆动的可调整机翼表面的气流［12］，进而调整飞机的飞行姿态，风洞试验结果表明，这种磁性制动器的致命弱点是承载能力差，当风速超过50米/秒时，磁致开关的悬臂梁会发生折断，因此如果这种磁性制动应用于航空领域还需进一步的改进。
图1.1磁性制动器制动原理示意图相对而言，近年来研究的一种健全的、大偏转、抗冲击的微气泡驱动器，如图1.2所示，微气泡制动器弥补了磁性驱动器的弱点，提高承载能力，因此微气泡制动去有望实现对火炮、微型飞行器、飞机等空气动力控制。
在这一方面，尤其以美国加州大学洛杉矶分校的进展最为显著［13］，这种微气泡制动采用硅酮橡胶材料，利用其较好的机械性能如低模量，高延展率以及良好的密封性，因此能够满足微致动器工作的需求。
当微气泡制动作用于三角翼前缘或弹体头锥时，通过控制微气泡制动器内气体的压强，来调整微气泡制动器的收缩与膨胀，利用微气泡的膨胀对气流进行扰动产生力及力矩分量，有望代替传统的副翼和尾翼等刚性控制表面，使飞行器具有更灵活的操控性能。
微气泡致动器已在F-15机翼上进行初步试验，实验结果表明，在微气泡制动器的作用下，飞机可实现俯仰、偏航等动作，在最大速度0.9Ma ,温度变化-41 C ~78 C的条件下，初步验证了MEMS装置能在较恶劣环境下正常工作。
图1.2微气泡制动器1.4论文研究内容及意义本论文拟将微致动器组成阵列安装于弹体前缘，利用其微小形变来扰动边界层分离，从而实现弹丸两侧压力的不对称，产生翻转，偏航和俯仰等空中机动动作。
传统的飞行器一般使用副翼、升降舵、垂直尾翼等控制方式，本文采用的微气泡制动器控制，属于MEMS 范畴，采用微气泡制动器控制弹体表面气流的流动状态，从而控制弹丸的飞行轨迹，这种控制实现了飞行器控制技术的新变革，加速了微致动器在流动控制领域的应用，可以显著提高飞行器的机动和操控性能，并将加速我国微型飞行器集成化、微小化的进程。
论文主要研究内容包括：（1）弹体前缘微气泡制动器阵列排布设计。
包括微气泡制动器薄膜材料的选择，结构尺寸设计、工艺设计，微气泡制动器在弹体前缘的配置结构。
（2）微气泡制动器数值模拟与分析。
采用有限元分析方法对气泡静力变形进行数值计算，分析了输入压力和气泡结构尺寸对气泡静力变形的影响。
（3）制动弹绕流流场数值模拟分析。
以某炮弹为背景，根据空气动力学原理，应用计算流体软件Fluent 模拟了不同气泡结构在弹丸不同安装位置时的扰流流场，并对其结果进行了对比分析。
（4 ）弹道方程的建立与修正能力分析。
根据外弹道理论，对制动弹在飞行过程中的受力进行了分析，建立了制动弹的刚体弹道模型，结合四阶龙格库塔方法，对制动弹外弹道仿真，得出不同状态下的修正能力，并进行了对比分析。
（5 ）弹丸飞行稳定性分析。
以某弹丸为背景，根据陀螺稳定性、动态稳定性、追随稳定性的判定条件，来验证微气泡弹丸气动外形是否合理。
第2章微制动器阵列设计及仿真2.1工作原理微气泡致动器组成阵列安置在弹体的头锥前缘，通过控制微气泡的收缩与膨胀可以控制气流在弹体表面的流动状态。
当微致动器处于非工作状态时（未充气体时）具有与弹体表面平整的外形；当处于工作状态时，在压力气体作用下，由硅酮橡胶构成的微气泡外壳发生膨胀，向外凸出一定位移（1~2mm），从而实现对气流的扰动，图1是其工作示意图。
2.2微气泡制动器阵列设计2.2.1微气泡薄膜材料微气泡制动器结构中微气泡薄膜是关键的部分，根据微气泡工作原理，要求微气泡在充入气体的情况下能迅速产生变形，并且要承载一定的载荷，研究表明[14]，硅酮橡胶材料具有良好的机械性能能够满足这种需求，这种材料延展率高、模量低而且具有良好的密封性。
