钨合金弹体超高速撞击混凝土靶成坑特性研究

为探究钨合金弹体超高速撞击混凝土靶的成坑直径和成坑体积随动能变化的规律,采用二级轻气炮开展了钨合金弹体以1.97～3.66km/s的速度撞击混凝土靶实验,利用CT图像诊断方法得到了实验后的成坑特性实验数据,并基于点源假设进行了超高速撞击条件下成坑特性的量纲归—化分析。结果表明:超高速撞击条件下靶板成坑为"弹坑+弹洞"型;成坑直径和成坑体积随动能增加而单调递增,通过量纲分析得到成坑直径3次方和成坑体积都与弹体动能近似成正比,拟合指数μ接近动能主导的指数2/3,说明成坑过程主要受动能影响.

用于三级轻气炮弹速测量的改进型激光测速系统

激光测速技术几乎可以满足各类轻气炮实验中的弹速测量要求,具有响应速度快、对弹丸种类和形状无限制等优点。三级轻气炮中弹丸加载速率较高,高温弹前激波的发光干扰给弹丸激光测速带来很大的困难。对弹前激波的发光强度进行了理论分析和估算,并综合采用增加弹道消波装置、改善激光光路、优化测量电路等技术手段,改进了传统激光测速系统,增强了测速系统的抗干扰能力,提高了信噪比,实现了三级轻气炮中非金属弹丸高达8.11 km/s弹速的精确测量。

球形爆炸容器的内部载荷和响应特性

对球形容器内壁压力、温度和容器外壁应变进行了实验监测,为认识容器内部流场演变和容器响应的全过程提供了较系统的实验数据支持。实验结果及分析显示:容器内部流场在载荷来回反射3次后分布相对均匀;由容器外壁应变波形推测容器内部爆炸产物发生较明显的二次反应;各个应变监测位置均出现了应变增长现象,其中容器入口门正对位置的应变增长现象最严重,应变峰值平均值增大系数达到2.88;容器振动主频率为呼吸振动频率,另一主频率约为呼吸振动频率的1/2;容器外壁最大应变约2.5×10-3,等效应力峰值比容器材料静态屈服应力大了约80%,容器无明显塑性变形。

球形爆炸容器的应变增长现象

在球形容器内进行了爆炸加载实验,结合理论分析、数值模拟,分析了入孔门等一些特殊用途的附件结构与应变增长的关系。研究发现:附件结构激励了与容器呼吸振动频率相近的振动,这些振动叠加导致容器出现明显应变增长;较明显的应变增长仅出现在应变波形的前期;球形容器壁应变的首峰不受应变增长影响;容器入孔门正对位置出现的应变增长现象最严重,应该重点监控。

Φ100/30mm口径二级轻气炮研制

Φ100/30mm口径二级轻气炮主要用于EFP(Explosively Formed Projectile爆炸成形弹丸)、PELE(Penetrator with Enhanced Lateral Efficiency横向效应增强型侵彻弹)、分段杆条等杀伤元件对各类目标毁伤机理及高应变率材料动态性能等领域的高速、超高速撞击实验研究。该气炮以Φ100mm单级压缩气炮作为首级驱动,加装可拆卸的Φ30mm发射管,实现了一、二级气炮的功能。本文主要介绍了该气炮的高压锥段、发射管、膜片及活塞等关键零部件的结构设计、调试及实验研究情况。目前该炮作为一级气炮已将20kg弹丸驱动到349m/s,1kg弹丸驱动到1157m/s;作为二级气炮已将100g弹丸驱动到3005m/s,400g弹丸驱动到1520m/s。

超高速碰撞产生等离子体的实验

利用二级轻气炮实验平台开展了2A12铝材料的超高速碰撞实验,并设计了高速摄影系统和Langmuir探针诊断系统,对实验中超高速碰撞产生的等离子体进行了诊断,获取了等离子体产生过程的高速摄影图片以及等离子体电子温度变化曲线。结果表明,超高速碰撞中所产生等离子体的主要喷射方向与弹道方向呈对称关系,等离子体的电子温度峰值约为0.7e V、生存时间约为1.2ms。

基于声矢量传感器原理的目标被动定向算法

声测被动定向是声学监视技术的重要研究内容。为了实现对低空运动目标的声学监视,提出了一种基于声矢量传感器原理的被动定向方法,推导出了基于互谱法声强测量技术的定向算法,并对定向算法进行了分析和数值仿真。仿真表明:当传感器尺寸为0.28m、信号信噪比为5dB时,定向精度在2.5°以内。仿真结果说明,该定向算法是正确可行的,有较大的实用价值。该研究成果可直接用于空中运动目标,如飞机、导弹和无人机等目标的声测被动定向。

二维小基阵无源声测定向算法研究与仿真

无源声测定向是声学监视技术的重要研究内容。为了实现对低空运动目标的声学监视,提出了一种二维任意阵形小基阵定向方法,并用线性回归分析原理导出了定向算法,对定向误差进行了理论分析和数值仿真。该算法不仅适用于随机布阵的二维小基阵情况,也可推广到三维小基阵对声源的定向。理论分析和仿真实验表明,该定向算法正确可行,有较大的实用价值。

钨合金柱形弹超高速撞击水泥砂浆靶的侵彻深度研究

为探索钨合金柱形弹超高速撞击水泥砂浆靶的侵彻深度随撞击速度变化规律,利用二级轻气炮开展了?3.45 mm×10.5 mm的克级93 W钨合金柱形弹以1.82~3.66 km/s的速度撞击水泥砂浆靶的实验,利用CT图像诊断技术获得了侵彻深度和残余弹长随撞击速度的变化规律,对超高速撞击过程进行了数值模拟,结合数值模拟结果进一步分析了超高速撞击物理过程。结果表明:(1)超高速撞击条件下成坑是弹坑+弹洞型;(2)侵深-速度曲线呈现先增大后减小的现象,在弹速2.6 km/s附近存在侵彻深度极大值,约为8.5倍弹长,相对于中低速侵彻的深度并没有显著优势。(3)通过基于数值模拟得到的弹靶界面压力时程曲线将侵彻过程分为4个阶段,其中准定常侵彻阶段和第三侵彻阶段是决定总侵深的主要阶段。(4)随撞击速度增加,弹体侵蚀逐渐剧烈,此时准定常侵彻阶段的侵深变化不大,而第三侵彻阶段中的刚体侵彻部分大幅降低,导致总侵深大幅降低,使总侵深曲线呈现先增大后减小的现象。

重塑黄土内球面应力波粒子速度测量波形的拉格朗日分析

选用密度为1.8 g/cm3、饱和度为22%的重塑黄土作为应力波传播介质,在其中心处安装0.125 g TNT当量微型炸药球,建立起了尺度为Ф1370 mm×1200 mm的球面波发生装置。在重塑黄土样品中心圆形环面上布设多根圆环形电磁粒子速度计,测量了一系列粒子速度波形。为研究重塑黄土样品粘弹性区域的本构关系,为有限元数值模拟提供可靠的数据支持,以实测粒子速度波形为基础,使用Lagrange分析方法对该区域的应力-应变关系展开了研究。该文详细介绍了一维球对称条件下Lagrange分析方法的理论推导及求解过程,对实测粒子速度波形运用Lagrange分析方法计算了对应的应变、应力及应变率波形,得到了各量计安装位置处,重塑黄土完整的压缩、拉伸全过程应力-应变滞回曲线。并对Lagrange分析方法使用中遇到的问题提出了几点认识。

重塑黄土一维应变实验粒子速度测试波形的拉格朗日分析

利用57 mm口径一级轻气炮,飞片选用有机玻璃,对密度1.8 g/cm3、饱和度22%的重塑黄土,进行了一系列一维应变实验。通过在重塑黄土试样内布设多根Π形电磁粒子速度计,直接测得了多个粒子速度波形。该文详细介绍了一维应变条件下Lagrange分析方法的理论推导及求解过程,并对实测粒子速度波形进行了Lagrange分析,得到了加、卸载全过程的应力、应变波形。给出了3发不同压力条件下重塑黄土的应力-应变关系曲线,揭示了重塑黄土介质的本构滞回效应。并使用该应力-应变关系对试样内应力波传播过程进行了反分析,最后对Lagrange分析过程中遇到的问题进行了讨论。