[發明專利]一種基于數字孿生的火炮發射狀態監控系統

在審

• 申請號: 202210029755.9
• 申請日: 2022-01-12
• 公開（公告）號: CN114396832A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 陳宇;周大志;蔡秋艷;周宏根;劉金鋒;康超;李炳強;謝陽;嚴張會
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: F41G9/00
• 分類號: F41G9/00;F41F1/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于數字孿生的火炮發射狀態監控系統，其特征在于，包括以下部分：

(1)火炮發射物理實體，具體包括火炮、彈丸與氣象；

(2)實時數據采集與分析模塊，該模塊具體包括：

火炮狀態數據采集模塊，其通過附著于火炮上的各類傳感器實時測量火炮狀態數據；

彈丸信息采集模塊，包括彈著點測量裝置、RFID讀卡器及對應單個彈丸的RFID標簽，主要用于采集彈丸信息數據；

氣象信息采集模塊，其通過多種氣象要素傳感器實時采集火炮、被打擊目標所處地區的氣象信息數據；

數據處理與存儲模塊，其對火炮狀態數據采集模塊、彈丸信息采集模塊及氣象信息采集模塊采集的數據進行清洗、分析，并將數據存入數據庫中；

(3)火炮數字孿生模型構建模塊，基于該模塊構建火炮數字孿生模型，其具體包括：

幾何模型，利用三維建模軟件分別建立火炮、彈丸的參數化三維模型，展現其形狀、組成及裝配關系；

物理模型，在建立的火炮、彈丸參數化三維模型基礎上增加物理實體的物理屬性、約束及特征；

行為模型，其描述了在外干擾及內部運行機制耦合作用下彈丸、火炮的實際運行狀態；

規則模型，其是分析數據庫中數據，總結得到的火炮、彈丸運動規律規則；

(4)火炮狀態監測及射擊精度預測模塊，該模塊具體包括：

火炮狀態監測模塊，其基于實時數據采集與分析模塊采集的火炮狀態數據及彈丸信息數據，更新火炮數字孿生模型中火炮、彈丸參數化三維模型的尺寸、位置關系及運動狀態，實現火炮及彈丸實時狀態的可視化展現，并同時將重要的氣象信息數據轉換為圖表進行可視化顯示；

射擊精度預測模塊，其以實時數據采集與分析模塊采集的火炮狀態數據、彈丸信息數據及氣象信息數據為火炮的初始條件，基于火炮數字孿生模型，通過火炮發射動力學計算及外彈道解算，實現彈丸彈著點位置的預測，并且，其基于數據庫中的數據不斷優化火炮發射動力學計算及外彈道解算的準確度；

(5)火炮射擊諸元自適應調控模塊，該模塊具體包括：

射角優化模塊，其基于智能優化算法及射擊精度預測模塊優化計算并確定火炮最佳射角和方位角；

射角調控模塊，根據火炮最佳射角驅動火炮炮控系統對火炮實際射角和方位角進行調整，在調整到位后擊發彈丸，完成射擊。

2.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的火炮發射狀態監控系統，其特征在于，在實時數據采集與分析模塊中，所述附著于火炮上的各類傳感器，包括測量振動狀態的角位移、角速度傳感器、測量膛壓的壓力傳感器、測量膛內溫度的溫度傳感器及測量內膛磨損的窺膛儀；

所述彈著點測量裝置測量當前彈丸的實際彈著點位置信息；

所述RFID讀卡器安裝于火炮上，其在裝彈時通過讀取對應單個彈丸的RFID標簽，實時獲取當前彈丸的實際參數信息；

所述對應單個彈丸的RFID標簽內置有該彈丸的實際參數；

所述氣象信息數據包括風速、風向、氣壓、空氣濕度、空氣密度。

3.根據權利要求2所述的一種基于數字孿生的火炮發射狀態監控系統，其特征在于，所述彈丸的實際參數包括實際裝藥量、實際重心位置及實際制造尺寸，該數據在彈丸出廠時通過精確測量后存儲于對應單個彈丸的RFID標簽中。

4.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的火炮發射狀態監控系統，其特征在于，在火炮數字孿生模型構建模塊中，所述火炮數字孿生模型是由實時數據采集與分析模塊采集的實時數據驅動的；

所述火炮、彈丸的參數化三維模型根據實時數據采集與分析模塊采集的實時數據動態調整形狀尺寸、相對位置；

所述增加物理實體的物理屬性、約束及特征，具體包括材料屬性、力學屬性、裝配約束；

所述彈丸、火炮的實際運行狀態根據實時數據采集與分析模塊采集的實時數據獲取；

所述總結得到的火炮、彈丸運動規律規則包括外部激勵、火炮結構參數、炮控系統控制參數、彈丸結構參數、裝藥量、氣象信息對火炮、彈丸運動的影響規律。