含能射流侵彻混凝土径向扩孔理论模型研究

针对聚能装药侵彻混凝土目标开孔孔径不足导致后级弹丸无法顺利随进的问题,在对混凝土的力学特性和损伤模式分析的基础上,基于动态球形空腔膨胀理论,分析了含能射流对混凝土目标径向扩孔的物理过程。通过引入含能射流释能参量,构建出根据不同侵彻速度下含能射流侵彻混凝土各阶段的径向扩孔工程计算模型,并进行了试验验证。结果表明:工程计算模型所得数值计算结果与试验数据误差在10%以内,模型可推广到射流对各种强度的素混凝土结构的扩孔计算,对串联侵彻战斗部前级聚能装药结构设计具有一定的指导意义。

形成串联爆炸成型弹丸的组合药型罩结构参数研究

为了提高聚能战斗部对水中目标的毁伤威力,提出形成串联爆炸成型弹丸(Explosively Formed Projectile,EFP)的组合药型罩战斗部结构。利用平板抛掷和圆筒压垮公式建立组合药型罩EFP速度分析模型,并使用AUTODYN-2D软件对EFP成型和入水毁伤过程进行数值模拟,研究组合药型罩结构参数对串联EFP成型的影响,证明其在水中高效的侵彻性能。研究结果表明:理论与数值模拟计算得到的EFP速度基本吻合,最大误差不超过10%;组合药型罩分离形成串联EFP是由于内外罩不同的材料和结构组合使罩微元从接触面处开始形成较大的速度差所引起的;随着内罩直径的增大,内外罩形成的EFP速度同时减小,长径比分别增大与减小;单独增大内外罩外曲率半径与罩顶壁厚,对应罩成型的EFP性能变化规律和单一药型罩相同,但另一罩成型EFP的长径比均减小或分别减小与增大,速度变化幅度较小;组合药型罩串联EFP侵彻4倍装药直径的水后,动能衰减率较双层药型罩降低21.55%,剩余速度提高5.77%,且随着侵彻距离的增加该差距进一步扩大。

基于Unity3D的杀爆战斗部对相控阵雷达毁伤评估可视化设计与实现

为提高战斗部的设计迭代与毁伤评估效率,引入典型相控阵雷达的目标易损性模型,构建了杀爆战斗部威力场计算模型、弹目交会模型以及典型相控阵雷达的毁伤概率计算模型,并基于Unity3D引擎搭建了杀爆战斗部对相控阵雷达的毁伤评估系统。系统能够实现杀爆战斗部的参数化设计、威力场计算以及杀爆战斗部对典型相控阵雷达毁伤概率的计算及毁伤效果的可视化。针对某杀爆战斗部进行试算,系统直观显示了战斗部威力以及对典型相控阵雷达的毁伤效果,设置战斗部落速为100 m/s, CEP为1 m,计算得到了落高为4~7 m,落角在30°~90°的弹目交会条件下战斗部对典型相控阵雷达的毁伤概率。所设计的系统功能完备,可以为杀爆战斗部方案设计及对相控阵雷达的毁伤评估提供支撑,系统开发的思路可以为战斗部威力计算及毁伤评估软件的设计提供参考。

辅助药型罩对射流性能的影响

辅助药型罩结构能实现超聚能效应,有效地提高破甲威力。为了研究辅助药型罩对射流性能的影响,设计一种辅助型双锥药型罩,通过AUTODYN数值模拟的方法,分析辅助药型罩材料和结构对射流性能的影响。结果表明,当主药型罩采用铜,辅助药型罩材料为钨时,射流综合性能优异;设计主药型罩大锥角70°,小锥角40°,壁厚2 mm,辅助药型罩厚度在2~6 mm时,随着厚度增加,射流性能改善,6 mm时射流性能最佳,辅助药型罩直径在20~28 mm时,26 mm时射流综合性能最佳。

耦合稳定结构特性的图像末制导炮弹内弹道性能研究

针对线膛火炮发射的图像末制导炮弹多采用“滑动弹带+气缸张开式尾翼”稳定结构特点,对末制导炮弹发射过程、滑动弹带膛内作用过程和气缸张开式尾翼气缸膛内充放气过程进行分析,建立了耦合“滑动弹带+气缸张开式尾翼”稳定结构特性的图像末制导炮弹内弹道模型,并以某图像末制导炮弹为例进行了数值仿真研究,得到了弹丸发射时膛内火药燃气压力和气缸内部压力、弹丸膛内运动速度以及弹体自转角速度等内弹道性能随时间的变化规律。从仿真结果来看,仿真模型计算精度较高,并且相关曲线与该图像末制导炮弹实际发射时的变化规律相一致,验证了模型合理性。在此基础上,从装备设计研制的角度重点分析了气孔直径和弹体与弹带环后端面之间摩擦系数的变化对气缸内外压差、弹体炮口转速等的影响规律。相关研究成果可为图像末制导炮弹结构的优化设计、弹载器件失效与抗过载机理以及其他类型制导炮弹在线膛火炮发射平台上的应用研究提供一定的理论基础与数据支撑。

单翼末敏弹扫描运动研究

稳态扫描技术是末敏弹系统研制过程中的关键技术之一。本文在分析末敏弹现有稳态扫描技术优缺点的基础上提出了一种新的技术 ,即用端部配重的单侧翼 ,也即用人为的子弹质量和空气动力的强非对称实现稳态扫描。分析了此种末敏弹系统的受力情况 ,建立了系统的二体运动模型 ,并详细讨论了此模型中约束力及约束力矩的消元化简方法 ,推导出了适于上机编程的标准形式的方程组 ,并用其编制了诸元计算程序。程序算例表明这种结构可以实现稳态扫描并用作稳态扫描装置 。

可瞄准预制破片战斗部数值模拟与试验研究

利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对可瞄准战斗部变形过程与破片飞散过程进行数值模拟研究,获得破片初速、飞散角及不同距离处的破片密度,并通过样弹静爆试验对可瞄准战斗部设计进行验证研究。研究发现,可瞄准战斗部具有较高的破片初速、较固定的破片飞散角以及较高的破片密度,在导弹满足远距离精确探测并精确给出弹目交会时目标方位的情形下,未来防空导弹战斗部上可优先采用可瞄准战斗部。

预制破片对地面人员目标的杀伤威力分析计算

文中建立了预制破片对地面人员目标的杀伤面积模型,初步计算出某榴弹在不同炸高、落角情况下,对地面立姿、卧姿人员的杀伤面积,并且分析出单个破片的比动能随飞行距离的变化规律,寻找使得弹丸杀伤面积达到最大的最优炸高以及落角,为弹丸的优化设计提供理论上的依据。

双锥罩射流侵彻钢靶侵深计算模型

为了完整地描述双锥罩聚能射流侵彻钢靶的全过程,利用冲击波Hugoniot关系修正伯努利方程,结合改进的PER理论推导双虚拟原点,建立了考虑冲击波、射流速度分布及射流状态等影响因素的侵深计算模型。通过试验验证了考虑冲击波、双虚拟原点及射流断裂影响的计算模型能够提高预测侵深的准确性,比较了各分界点因素对射流侵深的影响,获得了炸高及双锥罩结构参数对射流侵深的影响规律。研究结果表明:随着炸高的增大,连续射流与断裂射流分界点的出现将早于冲击波影响分界点;头部速度、拐点速度和侵彻深度均随上锥角的增大而减小;随着上锥高占罩高比例的增大,射流头部速度、侵彻深度逐渐增大,而射流拐点速度呈下降趋势。

装药直径和约束条件对小直径装药爆速影响研究

采用探针法测试了不同条件下小直径装药的爆速,得出了某传爆药在45#钢约束条件或有机玻璃约束条件下小直径装药爆速与装药直径的经验关系式。结果表明小直径装药爆速随着装药直径和约束阻抗的增大而增大。随着装药直径增大,装药尺寸和约束条件对爆速的影响逐渐减小。在装药密度一定时,可以通过调整约束条件和装药直径控制爆速满足不同需求。

基于改进遗传算法的破片杀伤战斗部优化设计

为改变目前破片杀伤战斗部传统"画加打"的设计模式,提高设计效率和设计质量,引入优化设计方法,通过对目标函数、约束条件以及分析模型的探析,构建了破片杀伤战斗部优化设计的数学模型。在破片杀伤战斗部优化设计过程中,采用引入多父体杂交算子的改进型遗传算法,从而改善了传统优化算法所遇到的病态梯度、初始点敏感和局部收敛等问题。以某聚焦式破片杀伤战斗部为例,运用此优化方法对破片杀伤威力和战斗部总质量两项指标进行了优化。计算结果表明,优化最终方案的各项性能指标均满足战术技术指标要求,与原方案相比,优化的目标对象得到了很大程度上的改观。该优化设计方法有效且普适性强,可为其他相关类弹药战斗部提供设计依据。

新结构药型罩射流对等效前舱的抗干扰研究

为有效降低弹药前舱对聚能射流的干扰作用,提高射流穿过前舱后的侵彻威力,设计了一种新结构药型罩.通过将前舱等效为均质靶板的等效方法,得到了均质等效靶的等效厚度.利用AUTODYN-2D数值仿真软件分别对新结构药型罩和常规药型罩射流侵彻等效前舱作用过程进行了数值计算,并对射流穿过等效前舱后的侵彻孔形进行了理论计算.结果表明,与常规药型罩相比,新结构药型罩降低了等效前舱对射流的能量消耗,提高了射流穿过等效前舱后的头部速度和射流能量,对带等效前舱钢筋混凝土目标的侵彻深度提高了11.7%以上,理论计算和试验孔形基本吻合.新结构药型罩射流对前舱的抗干扰能力明显优于常规药型罩.

爆轰波形对EFP性能影响的数值模拟

文中利用ANSYS/LS-DYNA软件,通过改变起爆方式(点起爆、环形起爆及平面起爆)产生不同的爆轰波形(球面波、喇叭波及平面波),对不同爆轰波形作用下EFP的成型过程进行了数值模拟,对不同爆轰波作用下EFP的成型性、飞行稳定性及穿甲能力进行了比较,从而得出不同爆轰波形对EFP性能的影响。结果表明:平面波、喇叭波作用下所形成的EFP较球面波作用下所形成的EFP有更高的性能。

柔性单翼末敏弹扫描运动研究

使用一个端部配重的单侧翼 ,以提供强非对称的气动力矩而导旋的单翼末敏弹系统 ,越来越受到各国末敏弹研制者的重视 .在这种系统中 ,单翼的柔性变形是客观存在的 .在小变形的假设下 ,分析了系统的受力情况 ,建立了系统的 7自由度模型 .程序算例表明 ,这种柔性结构可以实现稳态扫描 。

聚能射流侵彻混凝土靶板的工程计算方法研究

详细分析了聚能射流侵彻混凝土介质的整个过程,根据流体模型和流体-弹塑性模型分别推导了侵彻孔深和孔径的计算公式。通过将理论计算值与试验测量值的对比分析,表明该工程计算方法可用于聚能装药对混凝土的侵彻参数计算,有一定的实用价值。

破甲杀伤复合战斗部仿真研究

研究EFP毁伤效能优化问题,为增加常规EFP战斗部对目标周围有生力量与轻型装甲目标的毁伤效能,通过在战斗部周向增填球形预制破片的方式,提出一种轴向EFP、周向预制破片的新型破甲杀伤复合战斗部结构。针对一种结构尺寸,在考虑粘合剂、冲击载荷下材料动态性能的变化、破片之间的相互作用等因素下进行了数值模拟研究,应用LS-DYNA软件分析了成型结果与破片场的杀伤能力,最后研究了药型罩壁厚、内衬尺寸以及破片直径对上述类型战斗部的成型与杀伤能力的影响规律,可以为战斗部的多功能毁伤设计提供帮助。

火箭杀爆弹动爆毁伤幅员计算方法与可视化仿真实现

研究火箭杀爆弹动爆下毁伤幅员计算模型和可视化仿真的实现技术,基于火箭弹实战打击过程,对弹药发射及终端作用过程进行数学建模。据此,采用C++编程语言建立可视化仿真平台,数据驱动显示作用过程和计算结果。针对具体案例进行全过程仿真演示,实时计算输出杀爆弹动爆毁伤幅员。该仿真平台的实现为火箭杀爆弹动爆毁伤评估提供工具,为实战运用和武器系统设计提供支撑。

叠层复合装药殉爆安全性试验及数值模拟

叠层复合装药是由两种或两种以上装药通过叠加的方式复合而成,可以通过装药结构设计调控其安全性和能量输出特性。为研究叠层复合装药的殉爆安全性,选取典型高能炸药与钝感炸药组合的叠层复合装药为研究对象,通过数值模拟和殉爆试验研究装药结构对临界殉爆距离的影响规律。结果表明,相比于单一高能炸药PBX‑1,复合装药临界殉爆距离可减小53.3%(由7.5 mm减小至3.5 mm),能量降低22.9%;复合装药中钝感炸药厚度必须要达到特定阈值(3 mm)以上才能明显降低复合装药临界殉爆距离;随着钝感炸药占比增大,复合装药临界殉爆距离趋近于单一钝感炸药PBX‑2的临界殉爆距离。

双缝光幕靶设计

针对动力源火工品速度测试,设计了一种双缝光幕靶,实现对低速运动的火工品零件测速。与常规的单缝光幕靶不同,文中设计的双缝光幕靶将2个发射和接收装置融进一个单体结构,形成2个光幕。2台双缝光幕靶安装在同一个带有滑轨的固定架上,靶距可以任意调节。设计的双缝光幕靶可以替代传统的铜片测速方法,有效地提高了测量精度和实现了测量自动化。经过实弹射击和火工品试验验证,设计的双缝光幕靶测试系统可靠,测试数据准确。

药型罩结构参数对EFP侵彻能力的影响

该文采用均匀设计方法研究了变壁厚球缺药型罩结构参数对爆炸成型弹丸(EFP)侵彻能力的影响。以变壁厚球缺药型罩的3个主要尺寸参数为优化对象,以EFP对靶板的侵彻深度为指标,应用均匀设计方法设计仿真方案。分别用AUTODYN和SPSS软件对EFP战斗部的爆炸成型进行仿真和回归分析。仿真结果表明,药型罩尺寸的交互效应是影响EFP侵彻能力的主要因素。根据该结果得到最优化的设计方案。对优化方案进行仿真得到的EFP成型与侵彻均比较理想。