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。

基于ALE方法的柔性飘带阻力特性研究

柔性飘带作为弹丸尾部稳定器,能够为弹丸提供稳定力矩,并具有其独特的优势。文中基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法,对柔性飘带的流固耦合过程进行数值模拟,将模拟结果与文献风洞实验对比,验证了数值方法的有效性。通过数值模拟,研究了来流速度、飘带材料属性以及飘带形状对其阻力特性的影响,所得结论可为柔性飘带稳定弹丸的研究提供参考。

装药长径比对杆式射流成型与侵彻性能影响的数值模拟研究

为探索射流成型机理,针对某等壁厚球缺型药型罩结构,开展了不同装药长径比下杆式射流成型和侵彻混凝土靶的数值模拟研究;结合射流成型理论,从装药爆轰波成长角度,分析了装药长径比对杆式射流成型和侵彻性能的影响。结果表明,在装药长径比由0.5增加到0.9时,装药长径比增加可显著提高射流性能,但当装药长径比超过1.0时,作用到药型罩上的压力的增加幅度明显低于装药质量增加幅度,此时装药长径比的增加对射流成型的贡献逐渐减弱。在受限战斗部质量和空间,且为中心一点起爆条件下,可优选装药长径比为0.9或1.0。

数值模拟研究屏蔽板厚度对杆式射流冲击屏蔽炸药过程的影响

为研究屏蔽板厚度变化对杆式射流冲击起爆屏蔽炸药的影响,采用任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)流固耦合算法,对屏蔽板厚度变化时K型装药形成的聚能杆式射流(射流头部速度6556 m·s^(-1))冲击起爆屏蔽炸药过程进行了数值模拟计算研究。研究结果表明,随着屏蔽板厚度逐渐增大,屏蔽炸药的起爆方式由前驱冲击波和压缩波起爆方式转变为射流冲击起爆方式,转折点屏蔽板厚度为1.4D(D为装药口径)。当屏蔽板厚度超过3.1D时,射流已经不能使屏蔽炸药起爆。对于厚壁装药,随着屏蔽板厚度增加,射流冲击屏蔽板产生的前驱冲击波可能无法起爆屏蔽炸药,起爆方式转变为射流直接侵彻起爆屏蔽炸药,并且厚壁装药下屏蔽板的厚度将对屏蔽炸药的冲击起爆距离产生明显影响,随着屏蔽板厚度增加,冲击起爆距离明显增大。

弹道式杀爆弹打击掩蔽库飞机方案的优化方法

为了评估弹道式杀爆弹打击掩蔽库飞机的经济性与可行性,以某典型飞机与单机/双机掩蔽库为研究对象,基于一/二次曲面拟合的思路,构建了飞机与掩蔽库的三维曲面模型;根据破片速度与位置模型,结合坐标系转换关系,给出了弹目交会算法;建立了飞机的毁伤树模型,得到了飞机毁伤概率计算方法;为了降低弹目交会计算量,提出了将目标区域网格化,网格点作为备选瞄准点的寻优策略,以及基于积分法的飞机平均毁伤概率计算方法;以全部飞机整体毁伤效果最优为目标,提出了基于改进粒子群算法的最小耗弹量与最优瞄准点寻优算法,并给出了打击方案优化方法;开展了杀爆弹对单机/双机掩蔽库飞机的打击方案优化仿真,仿真结果表明,低爆高、小CEP、多瞄准点组合打击等策略可有效降低最小耗弹量。

弹体斜侵彻弹道偏转曲线及轴向过载计算方法

针对弹体在斜侵彻仿真时不能准确获得弹体每一时刻的弹道偏转角度,并且只能获得弹体沿坐标轴方向的过载曲线,而不能获得弹体沿轴向和径向过载曲线的问题,提出弹体斜侵彻弹道偏转曲线及轴向过载计算方法。首先,需要完成弹体斜侵彻靶标的动力学仿真计算,获得弹体沿坐标轴方向的过载曲线及弹体上沿弹体轴向方向任意两点的位移曲线;然后,利用以上数据计算出弹体斜侵彻过程中的弹道偏转曲线及弹体沿轴向和径向的过载曲线。计算结果表明,该方法可以较为准确地计算出弹体斜侵彻靶标过程中的弹道偏转曲线及弹体沿轴向和径向的过载曲线。

弹体侵彻岩石-混凝土复合靶数值分析

为研究弹体高速侵彻花岗岩-C60混凝土复合靶板的侵彻规律,通过显示动力学软件LS-DYNA建立了尖卵形弹体侵彻复合靶板的数值仿真模型,分析了不同入射速度,不同靶板倾角下弹体高速侵彻复合靶板作用过程,得出弹体速度、靶板倾角对弹体侵彻复合靶板的影响规律。由仿真结果可得:弹体余速随入射速度的增加呈现先增大后减小的趋势,弹体磨蚀率随入射速度的增加呈现增大的趋势。当弹体入射速度一定时其偏转角随靶板倾角的减小呈现增大的趋势,且弹体侵彻第2层靶板时其偏转角较第1层靶板还有所增加。弹体过载与入射速度呈正相关且与弹体质量磨蚀有关,当弹体弯曲时弹体过载会上升。

铝粉含量对杀爆战斗部威力影响的数值模拟研究

杀爆战斗部威力的数值模拟研究对分析杀爆战斗部的作战效果及毁伤效能有重要指导作用。为了研究装药中铝粉含量对杀爆战斗部威力的影响,建立了杀爆战斗部1/4简化缩比模型,以铝粉含量0%~30%的RDX基炸药为杀爆战斗部主装药,运用AUTODYN和LS-DYNA软件对杀爆战斗部的爆炸过程进行了数值模拟。结果表明:随着炸药中铝粉含量的增加,破片平均速度、破片数量、有效破片比例等破片威力参数呈现出先增大后减小的趋势,对于同一测点处的冲击波超压、正压作用时间、比冲量等冲击波威力参数也呈现出先增大后减小的趋势,表明铝粉含量存在一个临界值,当铝粉含量大于此临界值,杀爆战斗部威力将出现降低趋势,当铝粉含量为20%时杀爆战斗部威力最大。

直升机载主动拦截防御系统弹目交会概率仿真

针对直升机载主动拦截防御系统拦截过程中弹目交会概率问题,根据系统作用原理,建立了拦截火箭弹与来袭弹药交会过程仿真模型,通过仿真计算分析了系统参数误差对交会概率的影响。结果表明:雷达测距误差和测速误差对交会概率无显著影响,雷达测角误差、伺服调转误差和立靶密集度对弹目交会概率有显著影响。研究结果可对直升机载主动拦截防御系统指标分配和参数优化提供指导。

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 。

某型电火工品弹药电磁环境下使用安全性分析

某型弹药中装配某电火工品,分析该型弹药在舰船复杂电磁环境中的安全性具有重要意义。在分析电磁环境对电火工品作用机理的基础上,采用CST电磁仿真软件建立等效天线模型、弹药壳体模型;按照该型弹药应用环境和相关国军标的要求设置仿真参数,得出等效天线增益和壳体屏蔽效能;计算出不同频率下在该型弹药内耦合的射频功率,研究电磁环境对该型弹药的安全性影响。仿真分析结果表明:该型弹药所配用的电火工品在1.3~4.3 GHz频段内安全性无法保证;该型弹药在L波段和Ku波段存在安全性风险。

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。

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.