药型罩形状对活性聚能侵彻体成型的影响

结合理论与数值模拟,对3种不同形状药型罩活性聚能侵彻体的成型行为开展了研究.数值模拟结果表明,在聚能效应下,球缺罩和大锥角圆锥罩形成尾部带有碎片云的类杆状活性聚能侵彻体,而小锥角圆锥罩则形成活性射流.相比于活性射流,类杆状活性聚能侵彻体速度较低,但凝聚性较好.进一步结合活性材料反应动力学方程,对活性聚能侵彻体成型激活反应行为进行分析.分析结果表明:活性射流激活区位于杵体外壁、射流头部和轴线附近;随炸高增加,激活区内活性材料反应不断加剧,特别是射流头部和轴线附近材料的反应,将导致活性射流膨胀发散,不利于侵彻;而类杆状活性聚能侵彻体激活区域主要集中在尾部碎片区和杆尾中心部位,化学反应对其影响相对较小.

非晶合金药型罩的射流仿真及结构设计

采用Ls-dyna软件中的光滑粒子流体动力学(SPH)方法对非晶合金药型罩的射流成形进行数值仿真,侵彻仿真用软件中的多物质ALE算法和流固耦合,并进行试验验证。结果表明:72°锥角非晶合金药型罩的射流形态、性能更好,射流为连续性非凝聚态,锥角为72°,壁厚为2.5 mm的非晶合金药型罩穿深约为铜药型罩的86%,孔径约为铜药型罩的1.46倍,仿真结果与试验结果误差小于10%。药型罩中部对非晶合金射流成形和性能影响最大。根据非晶合金射流特征设计了一种新型药型罩结构,其侵彻45#钢穿深比锥形非晶合金药型罩提高约12%,达到相同锥角的锥形铜药型罩的穿深,孔径比铜药型罩高约44%,为非晶合金药型罩结构设计提供参考。

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。

关于废弃火炸药处理的几点思考

1废弃火炸药的概念和内涵火炸药在达到其贮存或使用寿命后,其可靠性、稳定性和安全性会发生变化,不宜继续贮存或使用。此外,火炸药生产过程中也会产生一些废品和不良品。军方报废弹药、国库退役弹药以及相关生产厂家的不良或报废品构成了废弃火炸药的主要来源。广义来说,被火炸药严重污染的水、溶剂、土壤及包装物等也可归结为废弃火炸药的范畴。

高速子弹侵彻Ti6Al4V合金的热力耦合分析

基于动力学、温度-位移关系和几何非线性原理,采用Johnson-Cook本构模型构建起高速子弹撞击Ti6Al4V数值分析模型,研究了不同速度下子弹着靶时剩余速度的变化及靶板的温升特性及靶板的瞬态应力变化规律进行了分析;分析了距离撞击点不同位置的应力变化规律及碰撞时上下表面的应力变化情况,并分析了子弹撞击Ti6Al4V合金板过程中的冲击能量突变过程。结果表明:通过对比不同速度子弹侵彻Ti6Al4V的数值分析模型,得出子弹初速度大小是影响侵彻过程中各参数变化的重要因素;随着初速度的增大,其碰撞时间减小且剩余速度随初速度的变化规律近似线性递增;碰撞过程中子弹动能转化为整体内能使温度上升,碰撞区域温度随速度增大而增大;瞬态应力的大小及传递速度随子弹速度变化而改变,速度越大,碰撞中心弹性和塑性变形越剧烈,应力值越大。

偏心药型罩在D型装药中的设计及成型性能研究

为改进整体式多爆炸成型弹丸(Multiple Explosively Formed Projectile,MEFP)战斗部中位于边缘位置处的药型罩口部闭合较差的问题,设计一种沿周向壁厚不同的偏心药型罩。将该药型罩应用于D型装药结构战斗部中,通过理论分析以及数值仿真方法,针对药型罩较厚一侧朝向和偏心距大小对药型罩成型的影响规律进行研究,开展爆炸成型弹丸(Explosively Formed Projectile,EFP)软回收试验。研究结果表明:偏心药型罩较厚侧朝向及偏心距大小对EFP各方向速度基本无影响,对EFP成型效果影响较大;药型罩较厚侧朝向战斗部中心时成型效果最佳;偏心距的大小能够调整药型罩周围微元向中心压合的速度差,改善药型罩口部包合情况;试验中回收到的EFP成型结果与仿真结果吻合度较高;偏心药型罩通过调整药型罩壁厚与爆轰波强度的匹配关系能够改善非对称爆轰下EFP的成型,有效解决D型装药结构MEFP战斗部位于边缘位置处药型罩成型较差的问题,为整体式MEFP战斗部边缘位置处药型罩结构设计提供参考。

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。

低过载安执机构解保试验方法

针对安执机构在低过载条件下的工作可靠性问题,提出一种低过载安执机构解保的试验方法。基于火箭发动机推力作用下的弹丸飞行试验以及相关理论计算与分析,发现弹丸飞行过载和弹丸飞行时间是安执机构解保相关参数中最主要的2个参数。结果表明:低过载安执机构解保试验方法具有可行性和有效性,可为后期试验起到一定的参考作用。

战斗部破片光电测速系统设计

战斗部破片的飞行速度是体现其性能指标的重要参数;针对目前在战斗部破片速度参数测试中存在对测试环境要求高,测试面积小,设备结构易被破片误击而损坏,成本昂贵等问题,设计了非接触式战斗部破片光电测速系统,包含原向反射膜、反射式光电探测装置、光电转换电路、信号处理电路及测速装置;阐述了系统结构组成和测速原理,通过反射式光电探测装置与光电转换电路,将得到的光信号转换为电信号,利用集成信号处理电路对电信号滤波放大,比较整形处理,由FPGA,STM32及其他外设组成的测速装置自动处理数据输出并显示战斗部破片的飞行速度结果;实验结果表明:该系统能够可靠,稳定地完成战斗部破片速度的测量任务;与传统测速系统相比,具有不受限于环境,测试区域大,易维护,低成本,操作简单等优势。

不同组合式聚能战斗部对水下目标的毁伤研究

为研究不同组合药型罩聚能型鱼雷战斗部对含水复合结构的穿透性能,建立了聚能装药侵彻含水复合结构的数值计算模型,分析了射流成型过程和穿靶过程。结果表明:圆柱-球缺组合罩相比于其他2种组合药型罩对含水复合结构的穿透性能更好,对后效靶造成的穿深最大。圆柱-球缺组合罩形成的射流长度相比于其他2种组合药型罩分别长10.4%和28.9%,头部速度分别高20.6%和54.3%。侵彻含水复合结构时,圆柱-球缺组合罩形成的水下空腔、水介质径向扩展速度均最小,所以在侵彻含水复合结构后得以保留最大的剩余动能,从而对后效靶造成的穿深最大。合理匹配圆柱-球缺药型罩圆柱部直径d和高度h可提升其对含水复合结构的穿透能力,当d=22 mm、h=16 mm时,圆柱-球缺组合罩可对后效靶取得最大穿深411 mm。结论可为聚能型鱼雷战斗部的组合药型罩选择提供参考。

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。

增材制造316L不锈钢球形破片的弹道性能

为探索增材制造316L不锈钢球形破片的弹道性能,采用选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术制造316L不锈钢材料毛坯,通过机加工、抛光等操作得到了直径12 mm的增材制造316L不锈钢球形破片。开展打印态316L不锈钢材料的显微计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)和静动态力学试验研究,获得了打印态316L不锈钢在材料沉积方向的Johnson-Cook(JC)模型参数,进行了增材制造和传统冷轧工艺制造的316L不锈钢球形破片侵彻6 mm厚Q235钢靶的弹道试验。研究结果表明:增材制造球形破片的弹道极限速度比传统冷轧制造破片低2.5%左右,弹道性能有小幅提升,暗示了增材制造工艺用于制造战斗部预制破片的潜力;开展的数值仿真研究获得了与试验结果一致的剪切冲塞穿靶机理,仿真与试验穿靶速度数据比较吻合,弹道极限速度误差仅为1.4%左右,仿真结果也表明JC模型用于描述增材制造316L不锈钢材料穿靶行为的可行性。

水下爆炸能量测试中炸药入水深度的确定

研究了炸药试样入水深度和气泡脉动周期的关系 ,并对测定的气泡脉动周期与计算值进行了比较 。

结合系统辨识和迁移学习的高速旋转弹气动力建模方法

计算流体动力学与刚体动力学(Computational Fluid Dynamics and Rigid Body Dynamics,CFD/RBD)耦合仿真是旋转弹飞行性能评估的常用方法之一,但由于需要进行大量CFD计算,该方法效率较低。建立一个高效、精确且泛化能力强的气动力模型并以之替代耦合仿真中的CFD模块,可以大幅度提升仿真效率。针对前述旋转弹气动力建模问题,提出一种结合系统辨识和迁移学习的建模方法。给定旋转弹运动初始条件并采用CFD/RBD耦合仿真获得样本,采用自回归滑动平均方法建立原始气动力模型,同时采用长短时记忆网络建立状态预测模型。当初始条件变化不大时,原始气动力模型仍然适用;当初始条件发生较大改变时,利用迁移学习将状态预测模型迁移到该初始条件下,并预测相应初始条件下的状态参数,基于预测得到的状态参数,采用自回归滑动平均方法建立气动力模型。算例结果表明:所提方法适用于初始转速和俯仰角变化较大时对旋转弹气动力的精确建模;与直接以CFD/RBD耦合仿真结果为样本、采用自回归滑动平均方法建模相比,在精度相同时建模时间缩短了一半。

结构复合含能破片对柴油油箱的引燃试验研究

围绕Al/PTFE含能材料及其结构复合含能破片对柴油目标的引燃性问题,分别用动态冲击试验和枪发射试验研究了Al/PTFE、铝热剂及其混合配比材料的冲击反应特性及结构复合含能破片对柴油油箱的引燃性能。结果表明:Al/CuO比Al/PT-FE具有更低的反应激发速率,通过在Al/PTFE中添加Al/CuO能显著降低含能材料的冲击反应阈值。枪发射引燃柴油试验显示,分别以Al/PTFE、Al/PTFE-Al/CuO和Al/PTFE-2Al/CuO作为内部装料时,复合破片对柴油油箱持续引燃的速度阈值分别为1246、1171、1098 m/s。混合配比含能破片具有更高引燃能力的原因在于Al/CuO的加入降低了含能材料的整体发火阈值,同时提升了Al/PTFE的释能效率。

埋头弹复合药筒抽壳闭气性能分析与改进设计

针对埋头弹药的闭气和抽壳问题,设计复合药筒方案,并对方案的闭气性能进行分析。分析结果表明:在最大380 MPa膛压下,药筒底座与筒体和闩体之间闭气性能良好,但端盖与身管之间闭气性较差,且筒体前端塑性变形较大,易出现抽壳后筒体破损。在此基础上,提出复合药筒改进方案,并与改进前方案进行对比分析。对比结果表明:端盖与身管之间有效接触面积增大,闭气效果明显改善,且筒体前端塑性变形明显变小,局部破损情况得到明显改善,膛压卸载后端盖与底座均与药室脱离,可实现几乎零抽壳力。

线列式破片战斗部对导弹目标毁伤效能分析

为探究线列式破片战斗部对导弹目标的毁伤效能,通过数值计算方法,研究了线列式战斗部破片排布方式及炸药材料类型对破片威力场分布特性的影响规律,分析了不同着靶姿态对破片侵彻导弹舱段等效靶板的影响,得到破片侵彻不同厚度靶板的极限速度;对导弹目标整体及各舱段毁伤程度进行定义,并对不同弹目交会条件下线列式战斗部对导弹目标的毁伤效能进行了研究。结果表明:弹目交会时,战斗部俯仰角的变化主要影响破片场命中导弹时的轴向位置;战斗部偏航角的变化会影响破片聚焦带的方向;弹目距离主要影响导弹目标附近的破片密度。

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。

爆炸载荷下蜂窝夹层复合结构吸能特性研究

蜂窝结构具有良好的吸能特性。将蜂窝结构作为夹层,研究复合靶板在爆炸载荷下的变形以及能量吸收特性。采用数值模拟方法对比分析了在相同爆炸载荷下蜂窝横向放置、纵向放置以及在这两种蜂窝内填充橡胶等四种不同夹层结构的复合靶板的变形以及吸能特性。结果发现:不同蜂窝夹层复合靶板变形以及吸能特性各不相同。蜂窝纵向放置时复合靶板各部分变形显著、吸能比例较为平均,而横向放置时复合靶板主要以面板的大变形来吸收能量。在蜂窝内填充橡胶会影响蜂窝以及复合靶板的吸能能力。填充橡胶的横向放置的蜂窝复合靶板吸能能力最好且具有较小的变形。

单尾裙式EFP超音速气动特性及飞行稳定性研究

飞行稳定性对爆炸成型弹丸(EFP)的存速能力和着靶姿态有直接显著的影响,进而影响EFP远距离飞行后的侵彻威力。为了获得低阻且飞行稳定的EFP构型,针对超音速(马赫数为4~7)飞行的单尾裙式EFP,数值研究了结构参数(尾裙角为0°~25°、尾裙长与总长之比为0.2~0.7、长径比为3~7、实心长与总长之比为0.2~1)对EFP的升力系数、阻力系数、静稳定储备量等气动参数的影响规律。结果表明:升力系数、阻力系数与尾裙角、尾裙长和长径比均呈正相关。静稳定储备量与尾裙角和长径比均呈正相关,随尾裙长的增大,其先增大后减小。实心长对EFP的升力系数、阻力系数和压心位置几乎无影响,但实心长通过改变EFP质心位置进而影响静稳定储备量。当尾裙角为20°、尾裙长与总长比为0.265、实心长与总长比为0.755及长径比为5时,单尾裙EFP结构兼具较低的阻力和良好的飞行稳定性。探究了马赫数和攻角对该型EFP的升阻力系数和静稳定储备量的影响规律,结果表明:马赫数越大,阻力系数越小;攻角越大,阻力系数和静稳定储备量越大。研究结果从空气动力学角度为具有高侵彻性能EFP战斗部的设计提供参考。