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。

弹丸头部对斜侵彻弹道偏转影响研究

通过对不同头部形状与组合材料的弹头对中厚钢靶的斜侵彻弹道对比研究,获得了尖卵形、截卵形与内凹截卵形,以及不同截卵位置、弹头长度和头部组合材料弹头对斜侵彻中弹道偏转的影响规律和侵彻过程中受到偏转力矩的变化规律。计算结果表明:截卵形弹弹道偏离角小,抗弹道姿态劣化的能力强,侵彻弹道相对稳定性好;弹头前端复合高密度、高硬度钨合金材料的弹丸侵彻能力强,弹道偏离角小。基于弹道侵彻过程偏转力矩与偏转角的时空演化特点,获得斜侵彻弹道偏转关联性。通过正交试验得到了影响弹道偏离角由大到小的因素分别为:弹头形状、弹头材料和弹速。研究结果可为低速弹丸与金属靶的斜侵彻弹道分析和弹丸头部设计提供一定帮助。

基于细观混凝土模型的刚性弹体正侵彻弹道偏转分析

为研究混凝土细观因素对刚性弹正侵彻弹道偏转的影响,基于骨料随机投放的思路建立混凝土三维细观几何模型,分析刚性弹正侵彻过程中发生弹道偏转的原因及可能影响因素,定量讨论混凝土细观因素对弹道偏转的影响。结果表明:混凝土细观数值模型可以较好地反映弹体正侵彻过程中弹道偏转等典型物理现象,且细观参数对于弹体弹道偏转有显著影响。刚性弹正侵彻细观混凝土时,存在一个弹体直径/骨料最大粒径比的特征比值。

弹体斜侵彻混凝土过程中弹道偏转仿真分析

针对弹体斜侵彻半无限混凝土过程中发生弹道偏转的问题,基于刚体运动学理论和动态空腔膨胀理论,建立了卵形弹侵彻混凝土靶的运动微分方程。通过MATLAB编程和ANSYS-LYNA仿真得到弹体在给定不同侵彻初始条件下的侵彻深度和偏转角的变化规律。计算结果与试验结果吻合较好。结果表明,倾角越大,倾角对侵彻深度和偏转角的影响越明显;侵彻速度对弹道偏转的影响随着速度的增大呈现减小的趋势;卵形弹弹道偏转角小,抗弹道姿态劣化的能力强,侵彻弹道相对稳定性好。研究结果可为弹体对混凝土靶的斜侵彻弹道分析和弹体结构设计提供一定帮助。

带攻角斜侵彻混凝土的弹道偏转分析

为研究初始攻角对斜侵彻混凝土弹道偏转的影响规律,对带攻角斜侵彻混凝土的非正侵彻弹道进行了计算和比较分析。侵彻弹道模型为基于刚性弹假设的混凝土侵彻弹体三维运动模型,并结合了混凝土靶体自由表面的修正方法。计算和比较了同一着角,不同初速,不同正、负攻角时侵彻弹道的偏转特性。研究表明:负攻角对斜侵彻的弹道偏转具有一定的抑制作用,而正攻角对斜侵彻的弹道偏转具有放大作用。对斜侵彻存在一个初始负攻角使弹道偏转位移量最小。侵彻过程中,弹体攻角呈现近似波动和回复至0的过程,攻角最大值与初始攻角值呈现近似线性关系。研究结果可为侵彻弹的结构设计、侵彻弹道的偏转和稳定性研究提供理论依据。

刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶的弹道偏转规律分析

针对弹体可能受到非对称力作用从而发生弹道偏转的问题,对刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶的弹道偏转规律进行分析。采用混泥土细观模型,运用LS-DYNA显式动力计算软件,对刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶进行数值模拟。以弹体偏转角度为指标,重点考虑混凝土靶的骨料/砂浆强度、弹体侵彻速度等因素,讨论其对弹体正侵彻条件下弹道偏转的影响规律。结果表明:根据混凝土的材料特性,可认为砂浆和骨料共同对正侵彻弹体提供轴向阻力,而随机非均匀的骨料作用力与砂浆阻力之差则提供导致其偏转的侧向力;弹道偏转角度随混凝土砂浆强度减小而增大,相反地,随骨料强度增加而增大;当名义抗压强度较小时,弹体偏转对砂浆强度变化的敏感度显著大于骨料强度变化的影响;在刚性弹假设下,弹道随着弹体侵彻速度增加而更加稳定,即偏转角随着靶速度增加而减小;但若弹体非刚性假设,越高速度侵彻,越容易变形破坏,则越容易偏转且容易出现"J"弹道。

截卵形头部平台直径对初始侵彻弹道偏转的影响

针对截卵形头部弹体斜侵彻靶标时弹道发生初始偏转的问题,建立了分析截卵平台直径对初始弹道偏转影响的理论和数值仿真计算模型,计算了相同侵彻条件下不同截卵平台直径时,头部侵彻产生的偏转函数和偏转角速度。结果表明:截卵平台头部侵彻产生的偏转力矩会减小弹轴与靶标法线之间的夹角,且随着截卵平台直径的增大,偏转力矩增大,偏转角速度增大,当截卵平台直径增大到1.5倍时,偏转力矩增大到约1.2倍,当截卵平台直径增大到2.0倍时,偏转力矩增大到约2倍;相同截卵平台直径下,随着头部形状系数的减小,偏转力矩和偏转角速度增大。

降低终点弹道偏转效应弹体结构设计

针对弹体侵彻过程中弹道偏转现象,开展了降低弹体弹道偏转效应研究。设计了一种锥形结构实验弹体,对其侵彻混凝土靶板过程中受力情况进行了分析,锥形结构弹体侧壁力矩有助于降低弹体侵彻过程的弹道偏转程度;采用130 mm轻气炮开展了锥形实验弹体侵彻混凝土靶板实验,并与普通直杆形弹体侵彻结果进行了对比。实验结果表明,锥形弹体侵彻弹道的偏转程度小于普通直杆形弹体,锥形弹体在斜侵彻以及高速侵彻厚目标情况下,将有更好的侵彻性能。

刚性弹正侵彻细观模型混凝土靶弹道偏转因素分析

为了定量描述动能弹正侵彻混凝土靶过程中弹道偏转的影响因素,采用刚性弹体正侵彻随机骨料混凝土靶模型,分别取用300~1 200 m/s变化的着靶速度,0.40、0.85、1.67、2.67 4个弹径比（弹体直径/骨料最大粒径）,以弹体偏转角度为指标,分析着靶速度和弹径比两个因素对弹道偏转的影响。结果发现：弹体侵彻过程中偏转角度随着弹径比增大而减小,弹径比小于2的动能弹正侵彻混凝土靶,弹道偏转角度较大,低速（不大于500 m/s）侵彻过程弹道偏转角度波动也较大,高速（不小于800 m/s）侵彻过程弹道偏转角度波动很小;对于弹径比大于2动能弹,侵彻过程中弹道偏转角度较小,并且波动也较小。研究表明：动能弹弹径比小于2,混凝土细观组成极大程度促进弹道偏转,并且着靶速度对弹道偏转稳定性影响十分显著,采用细观混凝土模型模拟相对准确;弹径比不小于2,混凝土细观组成对弹道影响较小,并且着靶速度对弹道偏转稳定性影响较小,可考虑采用均匀介质模型模拟。

攻角对弹体斜侵彻多层混凝土靶弹道偏转影响的数值模拟及试验验证

针对弹体斜侵彻弹道发生偏转的问题,建立了战斗部侵彻多层混凝土靶的计算模型,计算了攻角-4°~4°和着角0°~30°范围的侵彻弹道轨迹和弹道参数;讨论了攻角、着角对弹道偏转的影响规律,并通过多层靶的侵彻实验,验证了计算模型的正确性。结果表明,攻角和着角都会使弹道发生偏转,当攻角引起的弹道偏转与着角引起的偏转方向相反时,就会抑制侵彻弹道的偏转;当二者引起偏转的方向相同时,就会激化弹道的偏转;当着角与攻角方向相反时,若着角与攻角的数值大小满足5~10倍的关系,则可能使侵彻弹道偏移位移达到该着角条件下的最小值。

混凝土侵彻过程中弹道偏转的影响因素和规律研究

为了研究弹体斜侵彻半无限厚混凝土过程中不同因素对弹道偏转的影响规律,采用半经验公式法,确定了靶体响应力函数,然后利用ABAQUS,将靶体响应力函数加载到弹体表面作为有限元计算的边界条件,计算得到了弹体侵彻混凝土时弹体质心运动轨迹。分析发现,倾角越大,倾角对侵彻深度和偏转角的影响越明显;入射速度对弹道偏转的影响随着入射速度的增大呈现减小的趋势;质心位置越靠近弹体尾部,弹道偏转越大,越不利于侵彻。

不同头形弹体侵彻钢板弹道偏转的实验研究

提出一种新型的预制应力槽的尖卵形头部结构,结合125 mm口径火炮发射工具,设计了仅头部结构有差异的25 kg级结构弹体。在800~900 m/s速度范围内,开展了两种头形结构的弹体侵彻4层间隔装甲钢板的实验研究和数值仿真分析。研究结果表明,提出的预制应力槽尖卵形头部弹体侵彻多层钢板的姿态偏转小于传统的尖卵形头部弹体,有利于在侵彻多层钢板过程中保持较稳定的姿态。

弹体长径比对刚性弹正侵彻混凝土弹道偏转的影响

基于细观层次建立刚性弹正侵彻混凝土靶板模型,以弹体长径比作为分析变量,其变化范围为2~12,探究弹体长径比对侵彻弹道偏转的影响。结果表明:弹体长径比变化对弹道偏转影响显著,弹道偏转角度随弹体长径比增加而减小,且减幅逐渐减小,长径比小于7时,其对弹体偏转影响显著;长径比大于7时,弹体几乎不发生偏转,此时,靶板可考虑采用均匀连续介质进行建模。

撞击姿态对构型弹体非正侵彻多层间隔钢靶弹道特性的影响规律

为深入认识构型弹体非正侵彻多层间隔靶板的弹道偏转规律,结合数值模拟和理论分析,研究了构型弹体在不同撞击姿态下侵彻多层间隔钢靶的弹道特性,其中引入弹体侧向接触力和侧向偏转力矩等参量,着重分析撞击着角和攻角对弹道特性的影响规律。结果表明:构型弹体非正侵彻过程中,在纵向发生阶梯式速度衰减,但变化较小;同时,由于穿靶过程中受到侧向接触力及其偏转力矩的作用,在侧向产生显著弹道偏转。撞击着角决定弹体所受外载荷的非对称程度,着角越大,弹体偏转越严重;撞击攻角则主要影响弹肩穿靶时的径向速度和弹尾穿靶时的触靶位置,二者共同影响弹道轨迹,因而存在使弹体偏转程度发生转折的临界攻角。相比于侵彻单层靶,构型弹体非正侵彻多层间隔靶板的显著特点为弹道偏转存在累积效应,且侵彻前一靶板的弹道偏转情况显著影响到侵彻后一靶板时的弹靶作用特征,进而导致弹道偏转与弹靶接触力互相耦合。相关研究对预测构型弹体侵彻多层间隔靶板性能、优化弹体构型和撞击姿态等具有较好的指导价值。

弹体斜侵彻多层间隔钢靶的弹道特性

为分析弹体斜侵彻多层间隔靶的弹道特性,开展典型卵形弹体不同入射角侵彻多层间隔钢靶试验和数值模拟研究。利用有限元软件LS-DYNA建立弹体斜侵彻多层间隔钢靶数值仿真模型,分析弹体斜侵彻多层间隔钢靶作用过程,得出弹体入射角、弹体速度、靶体厚度及弹体变形对多层钢靶侵彻弹道特性的影响规律并进行了试验验证。结果表明:弹体入射角越大,侵彻弹道偏转越大;初始速度越大,弹体斜侵彻多层间隔钢靶偏转角度越小,且速度对偏转角的影响幅度随速度增大呈减小趋势;随着靶体厚度增加,弹体斜侵彻多层间隔钢靶弹道由整体向下偏转转变为整体向上偏转;靶体厚度对偏转角的影响幅度随靶体厚度增大呈增大趋势;刚性弹体斜侵彻多层间隔钢靶弹道偏转角度比变形弹小。

D字异型弹体斜侵彻多层钢靶弹道研究

针对异构型武器平台设计了一种上下不对称的D字异型弹体,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件分析了弹体侵彻三层间隔钢靶的弹道偏转规律,获取了侵彻速度(400 m/s、600 m/s、800 m/s)、侵彻着角(0°、10°、20°)以及弹尖高度(0~1.7 mm)对弹道偏移距离的影响。结果表明,随侵彻着角减小或者侵彻速度增大,D字异型弹体的弹道稳定性均呈提高趋势,其中10°着角下,侵彻速度对弹道稳定性的影响最为显著;在400 m/s、10°着角下,随弹尖高度由0 mm升高至1.7 mm,弹道总偏移距离呈现先减小再反向增大的变化趋势,且在0.8~1.1 mm时变化显著。

弹体斜侵彻硬介质目标的临界跳弹评估方法

弹体斜侵彻硬介质目标过程将发生弹道偏转,甚至发生跳弹。弹体一旦跳弹,使弹体侵入不到目标内部,从而不能对目标形成有效打击。为保证弹体能够有效侵彻目标,需要对弹体侵彻目标的临界跳弹角度进行预测,给出弹体不发生跳弹的角度范围。为此,对弹体斜侵彻硬介质目标的跳弹进行研究,建立了预测弹体斜侵彻目标的跳弹分析评估方法。运用该方法对弹体分别侵彻抗压强度为30 MPa和60 MPa的钢筋混凝土的临界跳弹角度进行计算,并与实验结果进行了对比。结果表明,该方法能比较准确地分析和评估弹体的跳弹角度。

钢球斜侵彻碳纤维复合材料板的实验研究

为了研究碳纤维复合材料板(CFRPs)在斜侵彻下的抗弹性能,利用一级轻气炮对碳纤维复合材料板进行了70~280m/s速度范围的0°、30°和45°的侵彻贯穿实验,通过高速摄影技术测量了弹体速度和弹道轨迹。分析了冲击角度对弹道极限、能量吸收和弹道偏转的影响。结果表明:在冲击能量较低时,靶板在正冲击下的能量吸收率比斜冲击高,而当冲击能量较高时则恰好相反;此外,由于弹体穿过层合板的穿透长度随着冲击角度的增加而增加,弹道极限随着冲击角度的增加而增加;而冲击角度对弹道偏转的影响则随着冲击速度的变化而变化。

旋转对卵形弹侵彻钢板影响的FEM-SPH耦合模拟

建立了卵形弹侵彻钢板的FEM-SPH耦合计算模型,研究了弹靶间摩擦系数对弹体剩余速度计算结果的影响,根据实验结果确定了合理的摩擦系数,使耦合计算模型能准确地预测弹体剩余速度和靶板弹道极限。以该模型为基础,在两种不同着靶速度下,研究了弹体的旋转对其正侵彻和以不同入射角斜侵彻钢板时剩余速度和弹道偏转的影响。正侵彻下:旋转对弹体剩余速度的影响大,而对弹道偏转的影响很小;随着转速的增加,剩余速度增大,弹体侵彻能力提高。斜侵彻下:旋转对弹体的剩余速度和弹道偏转都有明显影响,但弹体转速的增大并不总使其侵彻能力提高,与入射角和着靶速度有关;同时旋转使弹体沿入射面外发生偏转,其偏转方向与弹体的旋转方向相关。