弹药发展对引信技术的需求与推动

针对弹药与引信技术的发展,叙述了灵巧与智能弹药、引信的定义,通过对新型武器平台与弹药的发展与需求分析,对几种特殊弹药适配的引信技术特征与未来发展方向进行了论述,可为推动灵巧与智能引信的深入研究提供参考。

多发多收周视激光引信时刻鉴别方法

难以区分后向散射信号和目标回波信号是影响引信探测精度的重要因素。此外,当回波信号处于饱和状态时常规时刻鉴别电路失效。根据烟尘环境下激光探测回波信号的特点,提出一种基于多发多收激光引信的全波形采样时刻鉴别算法,以有效提取目标回波信号,并完成激光测距计时终点的选择。为抑制噪声干扰并保留原始回波信号的主要波形特征,对回波信号进行滤波和阈值截取的预处理,并在预处理后信号的基础上采用特征提取法,以特征信号的形状特征代替原始回波信号的形状特征。为验证算法的可行性,针对激光探测中三类回波信号进行试验。试验结果表明:新算法能够有效识别出三类回波信号,并针对不同的回波信号计算最佳回波返回时刻,有效提高了时刻鉴别的精度。

基于磁异探测的侵彻引信计层方法

针对侵彻弹药打击多层建筑物时传统加速度传感器探测方法存在信号振荡混叠、粘连严重、难以精确计层的问题,提出基于磁异探测的侵彻过程精确计层方法。楼层建筑结构中的钢筋会对周围地磁场分布产生扰动,引信随战斗部侵彻目标时,利用磁传感器探测楼层周围地磁场畸变产生的磁异信号,从而完成侵彻过程的状态识别。建立多层钢筋混凝土靶板磁场仿真模型与弹丸侵彻多层目标磁场仿真模型,得到楼层周围空间磁场分布特征与侵彻过程引信部位磁场强度变化规律,分析了斜侵、钢筋疏密、弹体材料等对侵彻过程磁信号变化的影响。发现侵彻过程中磁信号幅度与楼层位置存在明确的对应关系,信号特征明显,且弹体材料磁导率越低、靶板钢筋含量越高,越利于磁探测的信号处理。设计了磁异探测实验室实验,测试结果表明,穿靶过程磁异信号清晰易辩,原理可行。

带隔板复合装药结构对双层罩毁伤元成型的影响

针对带隔板复合装药爆轰波控制问题,利用LS-DYNA软件仿真研究了不同隔板参数及复合装药结构参数对爆轰波传播及作用过程的影响;结合X光成像试验验证并通过仿真研究了双层药型罩在不同装药结构参数下的成型规律。结果表明,随着隔板厚度及复合装药高度的增加,复合装药爆轰波由球面波向V形波转化,使得双层药型罩从包覆式侵彻体向杆式侵彻体转换;其中侵彻体的头部速度和长径比与隔板厚度、装药高度、炸药性能呈正相关,与隔板半径、隔板底部距起爆中心位置、内外层炸药直径比呈负相关,当隔板厚度为0.114~0.142倍装药口径、隔板半径为0.400~0.429倍装药口径、隔板底部距起爆中心位置为0.100~0.129倍装药口径、复合装药高度为0.971~1.257倍装药口径、内外层炸药直径比为0.77~0.83时,杆式侵彻体成型较好。

基于模糊逻辑的引信检测机械手视觉定位方法

为了提高引信出厂检测的质量和效率,该文设计了一种引信自动检测系统。针对机械手与检测装置的自主对准和对接的问题,提出了一种基于模糊逻辑的引信与检测装置自主对准控制算法。以引信和检测装置的相对位置和偏差角作为控制变量,设计了二维模糊控制器。通过对控制器的动态调整,可以输出最优运动参数。与传统的引信检测方法相比,该算法进一步提高了引信检测的效率和定位精度。开发了引信全流程自动检测系统的物理样机,并进行了机器人现场操作试验,验证了所提出的视觉定位算法的有效性和工程实用性。

基于哈里斯鹰优化算法的引信装定系统参数优化方法

为了满足坦克炮弹药作战实时性的需求,开展引信快速准确接收武器平台传输的敌方距离、方位等信息的研究,对提高作战毁伤效能十分重要。针对引信在武器平台实际环境约束下能量和信息无法快速可靠接收的问题,建立引信共击发通道装定系统能量信息同步传输的数学模型,形成目标函数为通过优化系统设计参数使装定时间最小、约束条件为平台恶劣信道环境下能量信息可靠接收的优化模型,采用哈里斯鹰优化(Harris Hawk Optimization,HHO)算法求解装定系统设计参数的最优值。仿真结果表明,基于HHO算法的系统参数优化方法可以得到最优的系统设计参数,与参数未优化的系统对比,不同信道参数下,能量信息同步传输的时间平均减少了26.4%,信息的可靠接收比平均提高了40.4%,特别是在信道电容大于5 nF的恶劣信道环境下仍能保证信息可靠接收,能量信息接收的快速性和可靠性都大幅提高,作战效能得到优化,通过实验室实验验证该方法的有效性。

仿竹型侵彻引信防护微结构缓冲吸能试验研究

为保证硬目标侵彻引信在战场上可靠作用,采用仿生学原理设计一种仿竹型侵彻引信防护微结构(Imitation bamboo type Penetration fuze protection Microstructure,IPM)。根据缓冲吸能机理,推导引信缓冲系统的动力学模型。采用Abaqus显式动力有限元方法对IPM和传统直边结构在典型侵彻工况下的力学性能进行数值模拟,对比分析两种结构的缓冲防护性能和抗压机理。结合金属材料(AlSi10Mg和GH4169)和3D打印的制造优势,采用激光选区融化技术制备两种结构,探究不同胞元几何形状的抗压强度和能量吸收特性,验证所建立的有限元模型的可靠性。仿真结果表明:IPM表现出明显的负泊松比效应和变形整体性,能够较好地消除应力集中,可使侵彻过载峰值平均衰减131%;3D打印结果表明,GH4169成型效果更好,特征完整,结构强度高,更适合作为细微结构的打印材料。准静态压缩结果表明,IPM的初始屈服应力高于传统直边结构,在平台区表现出明显的优势,总吸能量比传统直边结构高出72%。所得研究结果为硬目标侵彻引信防护方法提供了一种新的策略。

弹体高速侵彻效率的实验和量纲分析

为了研究高速侵彻时弹体撞击速度、材料强度等对质量侵蚀特性和侵彻效率的影响规律,开展了不同材料强度和长径比的弹体高速侵彻半无限厚素混凝土靶实验,弹体撞击速度为880～1 900m/s,弹头形状为尖卵型（半径口径比为3）,口径为30mm。由实验发现：弹体撞击速度对侵彻效率的影响呈抛物线分布,最大侵彻效率时的弹体特征撞击速度约1 400m/s;高速侵彻时弹体的质量侵蚀主要发生在卵形头部,弹身及尾部损伤极少;速度超过特征撞击速度时,弹体侵蚀严重,甚至弯曲变形或解体;弹体强度提高至约2倍时,质量侵蚀率降低约80%。基于实验,利用量纲分析原则建立了量纲一侵彻效率和量纲一弹体撞击速度的函数关系式,可估算出最大侵彻效率对应的弹体撞靶速度,为高速侵彻效应模拟实验提供理论指导。

激光周向探测小型化发射技术

针对小口径弹药用脉冲激光周向探测系统的小体积和轻质量的设计难点,在全面分析脉冲激光周向探测系统的基础上,提出了采用激光发射系统解体分离技术和光学系统扁平化技术实现脉冲激光周向探测系统小型化的解决方案.将传统、较大尺寸、一体化结构的激光发射系统的激光器与激光器驱动电源进行结构分离,达到轴向尺寸压缩的目的,并利用灌封技术进行抗过载处理;选择平凸球面单透镜光学元件代替非球面透镜,经过理论计算和光学系统仿真,设计出扁平化激光准直系统,有效压缩轴向尺寸.针对结构小型化带来的空间电磁干扰问题,基于磁场屏蔽机理,采用特殊结构屏蔽体,有效抑制了电磁干扰.加工制作了原理样机并进行了目标探测试验.实验结果表明:样机能有效探测近程目标,且脉冲激光周向探测系统的有效尺寸显著减小,验证了小型化技术的可行性和实用性.

基于加权移动平均的姿态角测量技术实现

在深入研究基于二维传感器测倾角技术的基础上,分析了利用三维传感器测姿态角的原理方法,该方法可减小因二维传感器单轴或双轴输出带来的随机性系统误差,可实现同时对倾角与滚转角的测量;在后续的数据处理方法选择上,运用了基于加权移动平均平滑滤波的修正方法,并在仿真与实验中得到了验证,提高了数据的精度,取得了较好的效果,为特殊行业的测姿提供了理论支持。

A3钢抗高速杆弹侵彻的数值模拟与实验研究

为研究高强度钢杆弹侵彻低强度钢靶板的侵彻规律,运用AUTODYN动力学软件对35CrMnSiA杆弹在1.0～1.8 km/s着速下对A3钢半无限靶的侵彻过程进行了仿真和实验研究。数值模拟和实验分别采用动力有限元-光滑粒子动力学(FE-SPH)耦合算法和侵彻深度(DOP)方法进行。计算及实验结果的一致证明了FE-SPH耦合算法在该文工况下的适用性。研究表明,高强度钢弹侵彻低强度靶的过程分为破碎侵彻和刚性侵彻2个阶段,侵深随着速单调非增而剩余弹长随着速单调递减。

含调整器装药结构破片形成影响因素研究

为有效改善柱壳断裂位置并产生形状规则的大质量破片,该文设计了一种由柱壳装药以及嵌入其中的爆轰波调整器构成的新型破片战斗部结构,并研究了爆轰波调整器结构参数对破片输出的影响。采用AUTODYN-3D有限元计算软件,分析了爆轰波碰撞叠加切割柱壳形成破片的过程,找出了柱壳切割效果优良的调整器结构参数取值范围,并开展了最优结构的验证试验。研究结果表明:有效破片生成率随内外层装药厚度比、调整器厚度的增加以及沟槽数量的减小,由一定值逐渐达到100%;当内外层装药厚度比为5、调整器厚度为10 mm或15 mm且开有8或12个沟槽时,有效破片在生成率达到100%的同时兼具较大的平均质量;水井试验回收率为96.3%,获得的有效破片生成率为100%,破片平均长度和宽度分别为39.75 mm和14.2 mm,与仿真结果的误差分别为6.25%和11.25%。该文研究结果可为实现破片战斗部智能可选择化提供借鉴思路。

激光近炸引信单光束脉冲周向探测技术

受常规弹药空间和系统功耗的限制,激光近炸引信应用于常规弹药过程中,无法布置多个激光器和多个激光接收器,同时,系统结构要求尽量简单,故传统的光束布局方式无法直接应用;现设计出一种新型的单光束大视场脉冲旋转周向扫描方案,建立了弹目交会模型并进行了目标捕获率理论分析,讨论了系统误差的影响因素,加工制作了初始原理样机并进行了高速风洞实验,结果表明:该方案能够在转速80 000 r/min以下实现可靠联接,及常规弹药激光近炸引信360°大视场周向探测,在保证弹目交会目标捕获率的前提下,可有效减小常规弹药引信空间的占用率和系统功耗。

爆炸成型弹丸侵彻不同材料靶板后效破片特性试验研究

为研究靶板材料性能对爆炸成型弹丸(Explosively Formed Projectile,EFP)侵彻靶后破片特性的影响,开展EFP侵彻不同材料靶板(Q235钢、45号钢、装甲钢、2A12铝)后效破片特性试验,采用X光摄影方法观测靶后破片云形态及膨胀尺寸,通过布置多层纤维板获得破片散布特性,并对靶后破片进行回收。研究结果表明:在靶板密度一定的情况下,靶板强度主要影响破片云轴向膨胀能力,对径向膨胀能力影响很小;靶后破片环形毁伤区的飞散角位于20°~25°范围内差别不大,但是靶板背面出口崩落会造成靶后破片飞散角出现极大值,随着钢靶强度的增大,靶后破片径向散布增强,破片总数减小,但是大质量段钢破片数量增多;不同强度钢靶产生的钢破片平均尺寸满足Kipp等提出的基于材料流动应力的碎片尺寸模型。

基于高速摄影技术的速度测量方法

针对目前测速实验中采用锡箔靶或金属网靶测速时存在效率低、劳动强度大、可靠性较差等缺点,提出一种更高效可靠的高速摄影速度测试方法。以测试单个某型预制破片的靶前速度为例进行高速摄影测速系统组建,分析了关键参数设置的理论依据以及处理高速摄影结果得到速度的像素点法和等比例缩放方法,并将计算结果与锡箔靶方法测得的速度值进行了对比,相对速度差均小于5 m/s。实例应用表明:该方法合理可靠,显著地提高了测速试验的效率,能够满足实际需求。

低附带毁伤弹药爆炸威力的理论分析与试验研究

为适应现代反恐作战的需求,提出了一种新型低附带毁伤弹药,根据爆炸力学相关理论建立了杀伤元抛撒速度与复合材料外壳、装药三者之间的关系模型。通过静爆试验,利用压力传感器测试出3种不同装药爆炸后的超压曲线。结果表明,从压力曲线来看复合材料外壳装药与纯炸药、发泡塑料外壳装药爆炸产生的冲击波超压曲线不同,正压作用时间长。最后得出,与传统杀爆弹相比低附带毁伤弹的杀伤区域较小,而在较小的杀伤区域内杀伤效应更强。

基于数据装定的坦克炮毫米波近炸引信炸高控制方法

为满足打击人员、装甲、掩藏等目标需求,坦克炮毫米波近炸引信需要具备多种炸高,实现弹丸毁伤效能最大化。针对坦克炮弹道低伸,毫米波探测器波束较窄、难以满足近炸引信多种炸高的问题,建立基于装定延时的坦克炮毫米波近炸引信炸高控制模型,分析通过增加发火延时的策略实现炸高控制。弹丸发射前根据初速射角等攻击条件解算发火延时,利用武器平台与弹丸的信息交联,向近炸引信装定发火延时从而实现弹丸炸高控制。建立数学模型并仿真分析发火延时与弹丸初速、射角和毫米波探测器波束宽度、探测距离与炸高差之间的关系,总结出发火延时的计算公式,通过实验室静态试验和外场动态试验验证该方法的有效性。

激光引信新型光学大视场接收技术研究

受常规弹药空间及功耗限制,无法采用多个激光接收器实现大视场探测,且系统结构应简单易实现,故传统的四种大视场光束布局方式无法直接应用.为此,本文设计了一种新型的光学大视场旋转扫描接收方案,根据激光引信光学接收系统结构特点,应用Zemax光学软件,在非球面光学设计理论基础上,设计出多级光学聚焦整形接收透镜组.仿真结果显示相对于传统单级聚焦透镜,多级接收透镜组将光斑中心辐照亮度提高了近8倍,使光斑能量集中,尺寸减小.加工了非球面透镜组并进行了实验.结果表明该接收光学系统可有效汇聚激光回波能量,提高系统探测距离,实现目标周向360°大视场探测.

新型炸药2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物的射流冲击感度实验研究

为分析新型高能钝感炸药2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO)的射流冲击感度,在口径为56 mm的聚能装药和炸高为80 mm条件下,进行了45#钢隔板覆盖下无围压炸药冲击起爆感度实验。用"Langlie法"获得了ANPyO临界起爆隔板厚度,用AUTODYN计算了临界头部速度和射流直径,标定了ANPyO的临界起爆阈值,并与8701炸药的试验结果作了比较。结果表明:临界爆轰时,8701炸药覆盖的45#钢隔板临界厚度约160 mm,ANPyO炸药的临界隔板厚度约为68 mm,比8701降低了约57.5%。ANPyO炸药的临界速度为3.7 mm·μs-1,射流头部直径为4.8 mm,临界冲击起爆阈值约为32.3 mm3·μs-2,8701为7.16mm3·μs-2,ANPyO为8701炸药的4.5倍,可见ANPyO钝感于8701,是一种低射流起爆感度炸药。

底排药的高应变率动态响应实验和仿真

利用直径14.5 mm铝制霍普金森压杆(SHPB),对直径为10 mm的底排药柱试样进行应变率在103s-1量级的单轴压缩试验。实验结果表明底排药具有明显的应变率效应。利用朱王唐粘弹性本构关系,采用最小二乘法,依据实验数据拟合出朱王唐本构材料参数,并利用LS-DYNA软件的二次开发功能将拟合出的朱王唐粘弹性本构嵌入LS-DYNA软件中,进行SHPB的数值仿真模拟,与实验对比表明在应变小于0.03弹性范围内仿真模型能够很好地描述底排药高应变率力学特性。