超空泡射弹尾拍弹道稳定性的数值研究

针对超空泡射弹在水下航行过程中的运动稳定性问题,本文基于耦合欧拉—拉格朗日(CEL)方法,在对射弹尾拍航行的数值模拟、尾拍水动力载荷特性分析的基础上,对射弹的尾拍稳定机制进行研究,通过尾拍初始攻角、尾拍最大攻角、失稳临界攻角对射弹尾拍过程进行表征,并揭示超空泡航行稳定性与攻角的关系。而后,对本文锥台形式的射弹的航行稳定性进行评估,通过对其尾拍航行过程中压心位置变化的典型过程、射弹的静稳定度的分析表明,此超空泡射弹总体符合常规无控弹箭的12%~20%静稳定度要求。最后,本文得到超空泡射弹的外形设计需满足的空泡空间约束、尾拍航行稳定性约束以及静稳定度约束原则,进而从尾拍位置、尾拍范围的控制角度,对往复大扰动射弹的外形设计提出建议。

内弹道稳定剂对中高燃速RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响

以一种中高燃速改性双基推进剂配方为基础配方,添加不同粒度的Al2O3及不同品种的内弹道稳定剂,研究了6-20MPa下推进剂燃速和燃速压强指数的变化规律,并对其燃烧机理进行了分析。结果表明,添加Al2O3后推进剂的燃速降低,且随着压强的升高,燃速降低的幅度减小;不同品种的内弹道稳定剂对燃速及燃速压强指数降低和提高的幅度不同,TiO2提高了推进剂高压段的燃速,MgO几乎不影响推进剂燃速,而Al2O3、ZrO2均降低了推进剂的燃速。添加不同粒度的Al2O3后,均使燃烧表面的催化剂含量（浓度）降低,改变了催化剂的催化效率,从而导致添加芳香铅A催化剂的推进剂中Al2O3粒径分别为10μm和2.5μm时,燃速相应降低0.25mm/s和1.25mm/s。不同品种的内弹道稳定剂对燃烧表面催化剂含量、分散均匀性、催化活性的影响不同,TiO2、MgO的活性高于Al2O3和ZrO2,从而表现出添加TiO2、MgO的推进剂燃速高于添加Al2O3、ZrO2的推进剂。

非标准条件对一维弹道修正弹弹道稳定性影响的研究

分析了阻力片打开前后弹丸弹道稳定性的变化规律,分析了弹道风、初始角速度扰动对一维弹道修正弹弹道稳定性的影响。以某型100 mm一维弹道修正弹为研究对象,建立了6自由度刚体弹道模型。仿真结果表明:弹道风、初始角速度扰动对一维弹道修正弹弹道稳定性的影响较小,在一般气象条件及初始扰动下,阻力片打开后弹丸可稳定飞行;阻力片打开会使弹丸攻角增大并伴随一定幅值的振荡,陀螺稳定性增强,动态稳定性先减弱后增强,追随稳定性减弱,落点侧偏有一定增加。

水下运动体纵向控制弹道稳定性探讨

本文是水下运动体横—滚控制弹道稳定性探讨[1]的续篇,重点讨论控制参数与舵机特性对水下运动体纵向(即俯仰、寻深)弹道稳定性的影响。给出了理想控制参数的配置方法及算例。结果表明弹道(姿态,轨迹)稳定性是好的。

分体式侵彻体斜侵彻钢靶的弹道稳定性数值模拟

为提升弹体侵彻钢靶的弹道稳定性,设计了一种分体式侵彻体,运用LS-DYNA数值模拟得到了分体式侵彻体以不同着速、15°着角斜侵彻14 mm厚单层圆钢靶的弹道变化规律,讨论了前导体头部厚度和前导体安装间隙对弹体俯仰角和弹道偏移的影响机制。结果表明:分体式侵彻体可有效提升侵彻弹道稳定性;着速为500~700 m/s时,前导体头部厚度越大,弹体俯仰角度和弹道偏移越小,着速为800 m/s时,前导体头部厚度适中的弹体俯仰角和弹道偏移最小;前导体安装间隙能在特定工况下减少8%~12%的弹道偏转。这是由于低速侵彻时前导体未完全破坏,应力波的衰减程度随头部厚度的增加而增加;高速侵彻时前导体逐渐破损至完全破坏,可以最大程度地吸收撞击能量,提升弹道稳定性的效果最佳。增加前导体安装间隙可提升低速侵彻或头部厚度较大的前导体的破损程度。

弹道稳定剂对改性双基推进剂燃烧性能的影响

本文以某水下动力装置的改性双基推进剂为基础配方,通过改变弹道稳定剂含量和粒度,并结合不同Al粉粒径,研究在不同组分粒径的条件下,推进剂燃烧性能的变化规律。试验研究表明,在原配方中加入Al2O3和SiC后,推进剂燃速降低,并随着Al2O3含量的增加,燃速下降的幅度越大,对推进剂燃烧性能的影响从低压区向高压区转移;加入SiC的推进剂配方燃速下降的幅度变小,配方的燃速下降,主要影响低压强区域压力指数。同时,增加Al粉粒径,推进剂燃速降低,并在不同的弹道稳定剂作用下,改性双基推进剂的燃烧规律不同。

拦截战术导弹制导的弹道稳定性分析

针对一种拦截战术弹道导弹制导规律的特点,以经典的劳斯稳定判据为依据,构想了对其弹道稳定性的分析方法。从弹道稳定性的要求出发,对制导控制系统相关参数选择的原则给出了定量的结果。最后探讨了该制导方法的工程应用前景。

修正组件结构参数对旋转稳定弹道修正弹稳定性的影响研究

为提供修正组件优化与多种弹丸平台适配组件设计的参考与依据,结合弹-翼组合体气动特性理论简化模型与工程算法、复攻角理论及赫尔维兹稳定性原理,推导了与组件结构参数相关的弹道修正弹稳定性判据,并依此研究了修正组件结构参数(组件质量、质心位置、鸭翼翼展、舵偏角)对双旋式旋转稳定弹道修正弹飞行稳定性的影响规律。稳定性理论分析结果表明:相同组件外形(除鸭翼外)下,通过弹体配重或组件结构优化使组合体质心适当前移对弹丸飞行稳定性有利;为增大鸭翼修正力的同时减少对稳定性影响,增大舵偏角的方案相较于增大翼展更优。通过弹道仿真与飞行试验定性地验证了适当地前移质心可增强弹丸的飞行稳定性。

低伸弹道超稳定旋转弹丸外弹道特性研究

本文讨论了对直射武器低伸弹道情况下的稳定弹丸与超稳定弹丸的两种外弹道特性,指出了超稳定弹丸的有利与不利因素,为今后超稳定弹丸的应用提供参考。

弹体形状对侵彻弹道的影响分析

为了避免弹体非正侵彻时侵彻弹道失稳,提高弹体侵彻深度,通过理论计算和数值仿真分析了柱形弹体和不同半锥角的锥形弹体的侵彻弹道,由于锥形弹体相比于柱形弹体,增大了与弹道洞壁的接触面积,产生的稳定力矩削弱了偏转力矩的不利影响,因而锥形弹体提高了侵彻弹道稳定性,弹道偏移量随着弹体半锥角的增大而减小,且存在一个最优半锥角使得垂直侵深最大。

带尾翼射弹跨水中声速斜入水初期弹道数值研究

本文基于CFD方法针对带尾翼射弹跨水中声速斜入水过程开展数值研究,分析射弹入水过程中空泡形态、流体动力及运动稳定性等特性,获得入水速度、入水角、攻角、侧滑角等入水初始参数对射弹入水初期弹道的影响规律。研究发现:(1)射弹跨水中声速入水瞬间的冲击会在水中产生压力波并以声速向周围传播,射弹头部前方始终存在高压区,当速度超过水中声速时,弹头前会存在弱脱体弓形激波随弹体运动;(2)射弹斜入水过程会造成空泡以弹轴为界、上部分开口比下部分大的非对称发展特征;(3)对于本文射弹算例,入水速度主要影响入水轴向载荷,入水角通过影响尾翼撞水时间影响入水弹道的偏转,但其作用相对较弱,攻角和侧滑角通过尾翼撞水后产生的俯仰/偏航力矩成为影响弹道偏转的主要因素;(4)不同参数之间存在耦合影响,入水角的减小会增加正攻角下弹道偏转,降低负攻角下弹道偏转。

基于CFD方法的超空泡航行体弹道特性研究

基于计算流体动力学软件CFX,通过二次开发实现多相流URANS（Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes）方程和刚体纵向平面运动学方程的耦合求解,建立了三维超空泡航行体动力学仿真模型。研究了空化器偏角、水平尾翼偏角、航行体质心位置对弹道特性的影响。仿真结果表明：高速运动条件下无控超空泡航行体具有稳定性;空化器或水平尾翼的小角度偏转（-3°~3°）能够有效调节航行体的弹道参数,通过空化器偏转控制航行体最终稳定于空泡中心,避免航行体表面沾湿区的出现;质心位置的小幅后移有利于维持航行体水平直线航行,在超空泡航行体的设计中应予以重点考虑。

摆动式突防对比例导引弹道的影响分析及仿真

为提高弹道机动的有效性或合理设计拦截制导律,需要定性分析突防弹与拦截弹间的法向过载关系、视线角速度变化规律、拦截弹道的稳定性等问题。对相对运动方程的相关参数进行合理简化后,推导了由于突防弹机动引起的拦截弹比例导引弹道的视线角速度及需用法向加速度的解析公式;在考虑拦截弹制导系统时间延迟时,分析了比例导引弹道的稳定性条件;针对突防弹进行正弦机动的弹道模型,进行了拦截仿真,验证了解析公式的合理性。

反坦克导弹末制导稳定性及对精度影响分析

文中为了分析导弹末制导稳定性及其对精度的影响,首先研究了比例导引弹道稳定条件,提出了比例导引弹道稳定性设计和分析方法。其次,对直升机载反坦克导弹系统误差源进行分析建模,利用精度分析方法设计出精度分析系统。最后依靠高精度、高准确度的误差源模型及文中设计的精度分析系统进行大量数字仿真试验,得到置信度高的精度分析结果和末制导控制系统考核结果。

巴黎炮的弹道秘密(英文)

“巴黎炮”是第一次世界大战中使用过的著名火炮,简述了巴黎炮性能指标,基于反求火炮弹丸气动特性,给出弹道结果.使用了4自由度、5自由度和6自由度等几种弹道模型,通过巴黎炮的计算,证实在计算高仰角远射程旋转稳定弹时,5自由度模型是较好的折衷方案。

异形弹体高速侵彻/穿甲机理研究进展

为支撑超高声速武器终点毁伤效应评估,满足异形弹体侵彻力学理论发展需求,异形弹体侵彻机理是当前亟需研究的关键基础科学问题。对异形弹体侵彻行为、弹靶作用机制、弹道稳定性与结构响应研究现状进行全面综述,对现有研究工作进行梳理与总结,搭建异形弹体侵彻问题研究的基本框架;以异形弹体侵彻/穿甲过程中出现的新质弹靶作用现象、机理为脉络,突出异形弹体结构对载荷环境表征、弹道及结构稳定性控制等方面带来的新挑战,并提出了异形弹体未来研究的3个建议,供相关研究者参考。

弹体高速入水特性实验研究

进行了速度在35～160m/s的平头、卵形和截卵形弹体入水实验,利用高速相机记录了弹体入水和空泡扩展的详细过程,得到了3种弹体在入水初期的水中弹道轨迹和空泡形状,并比较分析了弹体头部形状对入水弹道稳定性的影响。结果表明,平头弹体在水中飞行有良好的弹道稳定性,截卵形弹体往往由于受力不均衡在入水后期发生偏转,卵形弹体则在入水前期即发生偏转。假定弹体入水过程中的阻力系数为非定值,修改了柱形弹体水中速度衰减数学预报公式,同时根据能量守恒建立了平头弹体入水的空泡形状模型,计算结果与实验结果吻合良好。

超空泡射弹动力学建模与仿真

射弹高速运动时产生的尾部开式超空泡将改变弹体受力形式及运动稳定性。针对超空泡射弹的特殊运动模式,考虑弹体与空泡壁面的相互作用,建立了射弹动力学模型,提出了数值仿真耦合算法,给出了不同初速下的弹道仿真算例,并计算了射弹尾拍力。结果分析表明,射弹速度随时间呈指数形式衰减,弹体姿态角、角速度及尾拍力周期性往复变化,同时尾拍力随着空泡尺度缩小而减小。较小的初速度使尾拍力提前出现。研究方法与结果为开展射弹结构及弹道散布研究提供理论基础与研究手段。

空化槽对弹丸入水特性影响研究

为了研究空化槽对弹丸波浪条件下入水稳定性以及减阻特性的影响,对弹丸头部分别为矩形空化槽、三角形空化槽以及无空化槽的3种弹丸入水过程进行数值模拟研究。结果表明:无空化槽弹丸形成的空泡相对较早闭合,使弹丸受到不均匀扰动,对弹道稳定以及减阻特性造成一定影响,其余两种有空化槽弹丸入水稳定性与减阻特性区别不大,矩形空化槽弹丸由于在空化槽处形成涡流对于弹丸的减阻特性比三角形空化槽弹丸的效果更好。

空化槽对弹丸水下运动特性的影响

为了研究空化槽对弹丸水下运动特性的影响,基于Rayleigh-Plesset方程、6DOF模型和动网格技术,利用CFD软件对无空化槽弹丸与多种(不同形状,不同尺寸)有空化槽弹丸的水下运动过程进行数值模拟。分析了空化槽的形状与尺寸对弹丸水下运动的弹道稳定性和减阻特性的影响机制。结果表明:矩形空化槽有着最佳的弹道稳定性但会略微降低弹丸的水下减阻性能;空化槽的槽深越浅,弹丸的弹道稳定性越好,但其减阻性能变差。该结论对弹丸的水下弹道稳定与减阻性能研究具有参考价值,可为进一步提高弹丸水下射击精度和有效射距提供理论依据。