Введение
Глава 1. Структурно-функциональная модель системы визуализации процесса артиллерийского выстрела 27
1.1 Система полигонных испытаний артиллерийских комплексов 28
1.1.1 Артиллерийский комплекс 31
1.1.2 Инфраструктура полигона 34
1.1.3 Измерительно-регистрирующий комплекс 35
1.2 Этапы процесса моделирования и визуализации полигонных испытаний артиллерийских систем 37
1.2.1 Создание 3D моделей объектов полигонных испытаний 38
1.2.2 Создание 3D моделей измерительно-регистрирующего комплекса 39
1.2.3 Создание 3D модели карты полигона 40
1.2.4 Моделирование внутрибаллистических процессов 40
1.2.5 Моделирование внешнебаллистических процессов 41
1.2.6 Моделирование процессов функционирования снарядов у цели 42
1.2.7 Расстановка и определение параметров функционирования измерительно-регистрирующей аппаратуры и объектов испытаний 43
1.2.8 Проведение натурного эксперимента 43
1.2.9 Сравнительный анализ результатов моделирования и натурного эксперимента 44
1.3 Функциональная структура программного комплекса моделирования и визуализации процесса артиллерийского выстрела 44
1.3.1 Концептуальная модель программного комплекса визуализации результатов моделирования 44
1.3.2 Взаимосвязь между расчётными блоками 46
1.3.3 Взаимосвязь между блокам визуализации и расчетными блоками 47
1.4 Выводы 48
Глава 2. Разработка виртуальных моделей рельефа, инфраструктуры полигона и объектов испытаний 49
2.1 Виртуальная карта полигона 49
2.1.1 Общеземные системы координат 49
2.1.2 Референцные системы координат 53
2.1.3 Цифровая модель полигона 55
2.1.4 Виртуальные объекты инфраструктуры 57
2.2 Виртуальные модели артиллерийских комплексов 59
2.2.1 Виртуальная модель танка 59
2.2.2 Виртуальная модель гаубицы 63
2.3 Виртуальные модели измерительно-регистрирующей аппаратуры 66
2.3.1 Малогабаритная оптико-электронная станция “Вереск-М” 66
2.3.2 Скоростная видеокамера СВК-1 67
2.3.3 Доплеровская радиолокационная станция ЛУЧ-88М1 69
2.3.4 Радиолокатор аэрологический малогабаритный РАМ-1 70
2.4. Выводы 71
Глава 3. Разработка комплексной физико-математической модели процесса артиллерийского выстрела 72
3.1. Моделирование внутренней баллистики 72
3.1.1 Системы уравнений газовой динамики для различных конструкций заряда 72
3.1.2 Математическая модель воспламенения, нестационарного и эрозионного горения элементов заряда 83
3.1.3 Метод численного интегрирования уравнений гидромеханики многофазных гетерогенных сред 88
3.1.4 Метод численного интегрирования уравнений горения пороха 96
3.2 Моделирование напряженно-деформированного состояния ствола 104
3.2.1 Постановка задачи моделирования напряженно-деформированного состояния ствола при выстреле 104
3.2.2 Метод численного решения напряженно-деформированного состояния ствола при выстреле 112
3.3 Моделирование внешней баллистики 114
3.3.1 Постановка задачи о движении снаряда на траектории 114
3.3.2 Методика расчета коэффициентов аэродинамических сил и моментов 119
3.3.3 Методика численного решения дифференциальных уравнений движения снаряда 121
3.4 Моделирование процесса соударения снаряда с преградой 122
3.4.1 Постановка задачи соударения снаряда с преградой 122
3.4.2 Методика численного решения задачи соударения снаряда с преградой 126
3.5 Моделирование разлета осколков 130
3.5.1 Определение скорости и законов движения оболочки заряда, метаемой продуктами детонации 130
3.5.2 Методика расчета движения осколков 134
3.5.3 Распределение осколков по массе 137
3.5.4 Алгоритм решения задачи разлета осколков
при срабатывании снаряда 139
3.5.5 Алгоритм расчета зоны поражения 144
3.6. Выводы 147
Глава 4. Разработка программного комплекса моделирования и визуализации баллистических процессов 149
4.1 Структура программно-вычислительного комплекса 149
4.2 Программный комплекс моделирования внутрибаллистических процессов
4.2.1 Общее описание пользовательского интерфейса 152
4.2.2 Интерфейс визуализации результатов вычислительного эксперимента 158
4.2.3 Блок визуализации процесса артиллерийского выстрела 165
4.3 Программный комплекс конфигурации и визуализации полигонных испытаний 170
4.3.1 Общее описание пользовательского интерфейса 170
4.3.2 Конфигурация полигонных испытаний 173
4.3.3 Модуль расчета внешней баллистики 178
4.3.4 Визуализация полигонных испытаний 183
4.3.5 Модуль расчета разлета осколков 187
4.3.6 Создание объектов моделирования в редакторе объектов 189
4.3.7 Расстановка объектов моделирования в редакторе карт 193
4.4 Структура базы данных программно-вычислительного комплекса 194
4.4.1 Формат передачи данных расчета внутренней баллистики 195
4.4.2 Структура базы данных моделирования внешнебаллистических процессов 196
4.4.3 Структура базы данных моделирования процессов взаимодействия снаряда с объектом поражения 198
4.4.4 Структура данных об объектах наблюдения, регистрируемых МОЭС “Вереск-М” 199
4.5 Выводы 200
Глава 5. Результаты применения компьютерного визуального моделирования для решения задач проектирования и отработки артиллерийских систем 201
5.1 Моделирование внутрибаллистических процессов 201
5.1.1 Тестирование алгоритма расчета внутренней баллистики 201
5.1.2 Результаты моделирования внутрибаллистических параметров артиллерийского выстрела 203
5.1.3 Сравнение вычислительного и натурного экспериментов 206
5.1.4 Построение аппроксимирующих математических моделей по результатам численных экспериментов
5.2 Моделирование напряженно-деформированного состояния канала ствола 217
5.3 Моделирование внешней баллистики артиллерийского выстрела 223
5.3.1 Результаты моделирования внешнебаллистических параметров артиллерийского выстрела 223
5.3.2 Сравнение вычислительного и натурного экспериментов 225
5.4 Комплексное моделирование и визуализация процесса бронепробития 229
5.4.1 Методика оптимизации параметров бронебойно-подкалиберного снаряда на основе комплексной модели артиллерийского выстрела 229
5.4.2 Результаты расчета внутренней баллистики 233
5.4.3 Результаты расчета внешней баллистики 233
5.4.4 Результаты расчета бронепробития 236
5.5 Моделирование разлета осколков и построение осколочного поля 240
5.5.1 Моделирование разлета осколков с учетом рельефа местности 240
5.5.2 Анализ влияния высоты подрыва на плотность осколочного поля 243
5.5.3 Сравнение вычислительного и натурного экспериментов 246
5.6 Моделирование расстановки и параметров функционирования измерительно-регистрирующей аппаратуры 250
5.6.1 Расстановка и моделирование работы МОЭС “Вереск-М” 250
5.6.2 Моделирование работы высокоскоростной камеры СВК
2 5.7 Расчет и визуализация зоны безопасности при стрельбе 261
5.8 Выводы 264
Заключение 267
Основные сокращения и обозначения 270
Список литературы 277
