翻转启闭机构设计与优化研究

为了满足压力罐密闭门可靠开启、启闭角度足够大、自动开闭锁等要求,采用机构功能时序组合、空间多连杆连续耦合作动的设计思想,开发了一种可变回转点的空间多连杆快速作动翻转机构,构建了参数化机构动力学模型,以开启角度、启闭机构体积、最大驱动载荷为优化目标进行了机构铰点多目标优化,运用Max-min准则从多目标优化所得Pareto解集中选出了折中方案。通过动力学数值计算、缩比试验和产品试验验证了该设计和优化方法的可行性,为翻转启闭系统的机构设计提供了一定的参考。

新型活塞式中心抛撒机构的内弹道仿真研究

为了保证子弹在低过载抛撒环境下能得到较高的子弹抛撒速度,设计了一种新型的活塞式中心抛撒机构,对这种抛撒机构的工作过程进行了研究。这种新型活塞式中心抛撒机构通过带有斜面的弹托来传递活塞对子弹的推力,高压室燃烧低压室做功等方式,降低了初始的推力峰值,实现抛撒过程的低过载。根据此种抛撒机构的工作原理,对活塞、弹托及子弹等进行受力分析,建立了此种抛撒机构的内弹道模型,采用此模型对其内弹道性能进行仿真研究。计算得出,该种新型抛撒机构能提供大于50 m/s的抛撒速度并将子弹过载控制在1 000g以下。所建立的内弹道模型对此种新型活塞中心抛撒机构的设计具有参考意义。

发动机建压速率对易碎盖开盖的影响

为了研究导弹箱式热发射中导弹发动机建压速率对发射箱易碎盖开盖的影响,通过对动力源进行假设,建立了发动机建压速率与易碎盖开盖能量之间的关系,分析了发动机建压速率对易碎盖开盖的影响;利用数值仿真得到不同速率下的箱内压力曲线,仿真结果表明,建压速率越高前盖开盖风险越大。对比分析了不同导弹飞行试验中发射箱内压力数据,试验验证了仿真结果的正确性。该研究为前、后易碎盖开盖压力指标的优化提供了参考。

助推钻地弹对混凝土目标侵彻效应的数值模拟

为设计助推钻地弹选择合适的助推方案,采用LS-DYNA程序进行了三维数值模拟研究。通过将动能弹侵彻混凝土数值模拟的结果与试验数据进行对比,确定了合理的有限元仿真模型,选取了合适的材料模型和参数。结合某结构助推钻地弹的研制工作,对助推钻地弹侵彻混凝土的效应进行了数值模拟,与试验数据进行比较,得出数值模拟能够较好地反映助推钻地弹对混凝土目标的侵彻效应。通过对各种助推方案的数值模拟,得出了选择助推方案的一般原则,为新型钻地弹的研制提供了指导。

双药室小孔延时点火内弹道建模与试验研究

为了使某种能够提供毫秒级以下时间间隔的小孔延时装置能够准确地调节某型双药室发射机构的内弹道性能,对这种双药室小孔延时点火技术进行了研究。描述了小孔延时点火装置的结构设计方案,根据双药室小孔延时点火装置的工作原理,建立了相应的内弹道模型并进行了计算。开展了某型双药室发射机构的内弹道试验,测量了两个药室的压力变化情况,讨论了小孔点火延时装置的作用过程和各药室内压力的变化规律。通过将仿真计算的压力时间曲线与试验测得的压力时间曲线进行对比分析,得出计算结果能够较好地吻合试验结果的结论。所建立的内弹道模型和试验技术对双药室小孔延时点火装置的设计具有参考意义。

半无限厚混凝土靶侵彻损伤的实验与仿真

为研究某钻地弹侵彻时对混凝土产生的损伤,设计缩比实验,制作了多层彩色混凝土靶体,并用LS-DYNA软件对实验进行仿真。侵彻后将靶体切开,依据混凝土不同的颜色观察到弹孔周边3倍以上弹径的混凝土区域发生了位移,根据切割断面的干湿分界线判断出混凝土隧道区的损伤情况。软件仿真得到与实验结果相近的数据,表明可以将此种仿真方法扩展到真实弹的侵彻研究上,满足工程研究的需要。

助推弹体对混凝土目标侵彻过程的计算方法研究

为了对助推钻地弹侵彻混凝土的过程有更加深刻的认识,并为设计助推钻地弹选择合适的助推方案,基于经典的空腔膨胀解析模型,考虑侵彻过程中弹丸加速度对侵彻阻力的影响,参考文献[7]给出的Forrestal阻力修正模型,求得他们研究中忽略的对阻力有影响的加速度项,提出了一种能够适用于助推钻地弹的侵彻混凝土半经验阻力计算公式。结合某助推钻地弹的研究工作,对助推钻地弹侵彻混凝土的过程进行了计算,通过与试验数据进行比较,得出此种新的半经验侵彻阻力公式能够较好地反映助推钻地弹侵彻过程中所受的阻力。通过对各种助推方案的计算,得出了选择助推方案的一般原则,为助推钻地弹的研究提供了指导。

某多级杆式空气发射系统内弹道仿真与试验研究

为了满足某多级杆式空气发射系统的研制需要,建立了多空气瓶动力源时序开阀供气的多级杆发射系统的内弹道仿真模型,设计了模型正确性验证试验方案,开展了该系统的内弹道仿真与试验研究。描述了多级杆式空气发射系统的设计原理,根据该发射系统的工作原理,借鉴经典枪炮零维内弹道模型,建立了该空气发射系统弹射过程的内弹道模型,进行了通用工况的仿真模型研究。设计了多级杆式空气发射系统内弹道模型正确性校验试验方案,开展了3000 kg配重的弹射试验,测量了弹射过程中的内弹道压力参数,结合试验开展情况讨论了该发射系统的内弹道特点,提出了空气发射系统中管路及阀门应注意的事项。将仿真计算的结果与试验测试数据进行对比分析,结果表明计算结果与试验结果吻合较好,满足多级杆式空气发射系统的研制需要。所建立的内弹道模型可指导特定发射需求气瓶初始压力及开阀控制时序的参数制定,对某多级杆式空气发射系统的研制具有参考意义。

自适应底座弹射过程附加载荷的半经验预示

为满足快速判断不同边界条件下某发射车自适应底座的弹射附加载荷的需要,研究某自适应底座弹射附加载荷的半经验预测方法。根据弹射过程自适应底座受力状态分析,建立弹射附加载荷与边界条件的关系;依据自适应底座典型弹射附加载荷曲线形貌对弹射附加载荷半经验计算模型进行修正,根据已有试验数据比对,梳理出其它的弹射附加载荷的影响因素,利用试验数据分别对这些因素进行研究,拟合得到各自的修正公式,最终得到自适应底座弹射过程附加载荷的半经验公式,并给出该半经验公式的一般使用方法。研究结果表明:该方法能够较好地反映弹射附加载荷随环境边界的变化规律,预示偏差不超过30%。

光电干扰箔片抛撒与扩散试验研究

采用两种状态箔片(直径49.5mm,厚0.15mm,1g;直径47mm,厚0.05mm,0.5g)研究了光电干扰箔片抛撒与云团扩散问题。设计了试验模型、试验方案并提出网格图层的数字图像处理方法。通过抛撒各阶段云团发展状态的高速数字图像记录和参数统计,清晰地反映了装填密集度较高情况下的箔片出舱、分离、扩散动态过程。提取单个箔片运动轨迹,显示出箔片的速度衰减与沉降特性。对散布云团结构进行统计分析,结果表明大数量箔片抛撒在气流作用下由尾部开始分离扩散,并出现集束段断层,各集束段时序扩散,形成锥形云团,首尾融合。在此基础上建立了锥体云团膨胀模型,有效描述出大数量箔片云团膨胀过程及其发展形态。

爆轰快速点火实验研究及机理分析

为了验证采用爆轰可迅速引燃点火药进而引燃主装药的可行性及掌握此种点火方式下的点火情况,建立了火药装药系统下直列式起爆器爆轰点火实验系统。在特定装药条件下,对点火后实验装置内压力变化情况进行了测量,得出采用爆轰点火方式可以实现点火延迟时间为0.3ms的目标,以及得出此种点火方式下,火药燃烧特点及实际应用时的注意事项,如起爆点处装置结构强度、爆轰波衰减过程等。分析了爆轰快速点火机理,为爆轰点火实际应用提供参考。

钻地弹侵彻混凝土靶过程中弹体温度的变化

建立了弹丸侵彻混凝土目标靶时弹体温度变化计算模型,并结合某实验弹体结构,对钻地弹侵彻过程弹体温度的变化进行了计算,分析了弹丸头部形状及着靶速度对弹内装药安全性的影响,研究结果可为钻地弹弹体设计及装药安全性的研究提供参考。

子母战斗部系统仿真平台设计与实现

采用模块化软件设计思想,利用Visual C++基于windows系统开发了子母战斗部多种模型算法模块、数据库模块、可视化界面模块,建立了一种具有通用性和易扩展性的子母战斗部系统仿真平台。在该平台上对某子母战斗部系统进行了仿真研究,仿真结果表明该仿真平台性能可靠、结果可信度较高。子母战斗部系统仿真平台的建立,为子母战斗部系统的研制、开发提供了数字化平台,具有广泛的应用前景。

爆轰快速点火过程的数值仿真与实验研究

为了寻求一种火药装药床的快速点火方式,以满足工程应用对点火时间的需求,设计了爆轰快速点火实验装置并进行了爆轰点火的实验研究。同时结合实验装置的特殊结构,建立了爆轰点火过程的理论计算模型,应用4阶龙格—库塔法编程计算得出一典型装药结构下爆轰点火过程各物理参数的变化规律,主要为点火过程中实验装置内压力变化规律。通过计算结果与实验结果的对比分析,得出爆轰点火可以实现微秒级点火目标的结论,对爆轰快速点火技术在工程上的应用有一定参考价值。

抗高过载装药结构爆轰点火内弹道两相流仿真

为了研究抗高过载装药结构下采用爆轰点火时火药颗粒的运动和燃烧情况,以及此种装药结构下的点传火特性,在试验研究的基础上,建立了抗高过载装药爆轰点火过程的轴对称二维两相流计算模型。通过编程计算求解了高装填密度下,点火过程中药床内各物性参数的变化情况,依据计算结果列出了部分典型时刻的压力分布图和固相空隙率分布图。通过对点火过程点传火特性的分析表明,文中给出的3层装药结构在爆轰点火时具有良好的传火特性。

用于发射超高速弹丸的浮动串联双药室技术

为使常规火炮发射1 kg弹丸的炮口速度在2 000 m/s以上,该文提出一种浮动串联双药室火炮发射技术。分析了该发射技术的工作原理和发射过程的4个不同阶段,建立了发射过程的经典内弹道模型,并进行了数值模拟,求解出采用该技术发射时各弹道参数的压力-时间和速度-时间变化规律,分析了双药室装药种类和装药量、药室间的破孔压力、弹丸启动压力对弹丸炮口速度的影响。研究结果表明,当第二药室装1.2 kg 5/7火药、药室间的破孔压力为100 MPa、弹丸的启动压力为180 MPa时,弹丸获得最大炮口速度2 547 m/s。

多级活塞缸式发射装置结构安全性分析

多级活塞缸式发射装置作为新型冷发射方式之一,具有兼容不同弹径、免装填等优点。为研究多级活塞缸式发射装置的结构安全性,通过理论分析、数值仿真等方法对多级活塞缸式发射装置的运动过程进行了梳理,分析了多级活塞缸式发射装置中缓冲材料的吸能需求,并揭示了结构质量特性偏差、装配姿态偏差、燃气动力偏差、缓冲材料特性偏差等因素对导弹离台姿态的影响规律。多级活塞缸式发射装置的运动规律由各级缸筒的几何参数和被推动导弹的质量参数决定,对缓冲吸能的需求较高,多模块的多级活塞缸式发射装置中导弹的离台姿态更加稳定。研究结果可为多级活塞缸式发射装置安全性设计提供理论支撑,为多级活塞缸式发射武器系统提供指标分解依据。

多级推杆缓冲仿真与试验研究

针对多级推杆运动过程中推杆级间缓冲问题,提出了一种基于有限元动力学仿真的推杆级间缓冲仿真方法。该方法将外径6 mm,壁厚为1 mm的304不锈钢作为级间缓冲材料,通过调整304不锈钢的本构模型并结合试验验证,获得304不锈钢在冲击力作用下的最优本构模型。通过该方法并结合试验验证,研究了304不锈钢的本构模型对级间缓冲效果的影响规律。结果表明,304不锈钢的MTS(Mechanical Threshold Stress)本构模型与试验吻合情况较好,将其应用于多级推杆级间缓冲中,可极大地降低级间缓冲载荷。

中心爆管子母弹抛撒内弹道过程的数值模拟

为得到中心爆管子母弹准确的抛撒结果,对子弹进行了动力学分析,将抛撒分为4个时期,结合经典内弹道理论,建立了完整的内弹道模型.利用此模型对某型火箭弹中心爆管子母弹战斗部的抛撒内弹道过程进行了模拟计算.结果表明,抛撒后外圈子弹的过载略低于内圈子弹,其子弹速度略高于内圈子弹.这与试验结果也十分接近.所建立的模型可以较为准确地描述抛撒内弹道的全过程.

拉杆活塞式发射装置内弹道建模与仿真

为了进行小尺寸、长行程、低过载发射,设计了一种拉杆活塞式发射装置.根据经典内弹道理论,采用集总参数法对混合装药下含高低压药室的发射过程建立了内弹道模型;采用四阶龙格库塔法对该模型内弹道过程进行了求解.数值计算结果表明,拉杆活塞式发射具有较低的最大膛压和发射过载,但随着拉杆数量和质量的增加,对弹丸做功效率有所下降.拉杆活塞式发射过程的理论计算为该发射装置的改进设计提供了参考.