椭圆截面侵彻弹体爆炸特性试验研究

为研究椭圆截面侵彻弹体的爆炸特性,设计并开展了静爆威力外场试验。将质量为255 kg的弹体竖立于木质托弹架上,质心距地面高度为2 m,采用试验引信起爆弹体装药。通过航拍无人机实时拍摄整个爆炸过程,在长轴和短轴方向布置扇形效应钢板以获取破片数量及穿甲率,采用超压传感器测量距弹轴7、10和12 m处的冲击波超压,并对弹体爆炸后的宏观景象以及火球、破片和冲击波超压特性进行了详细分析。结果表明,火球演化形貌与破片散布区域关于弹体长轴和短轴呈对称分布;火球演化过程分为快速成长阶段、高温稳定阶段以及自由扩散阶段,火球尺寸在爆炸后41.7 ms达到最大,短轴和长轴方向的最大尺寸分别为21.86、19.29 m,且火球在长轴方向发生了明显的二次膨胀;短轴方向的破片尺寸小、数量多、穿甲能力强,而长轴方向的破片特性恰好相反;冲击波超压峰值、冲量及速度均随传播距离增大而不断减小。综合试验结果对比分析,认为椭圆截面侵彻弹体的非轴对称结构和非均匀壁厚对爆炸特性影响较大,是造成火球形貌及破片非轴对称分布的根本原因。

椭圆截面弹体侵彻性能的影响因素分析

为研究截面形状和头部曲径比对椭圆截面弹体侵彻性能的影响,开展了圆锥和椭圆锥压头的静态压痕试验,获得了不同截面压头缓慢贯入材料时的力-位移曲线。随后,基于30 mm弹道炮平台,开展了3种不同椭圆截面弹体在400~800 m/s撞击速度范围内正侵彻2A12厚铝靶试验,获得了靶体的破坏形貌及弹体侵彻深度。基于空腔膨胀模型及阻力函数修正系数,建立了椭圆截面弹体侵彻金属厚靶侵彻动力学模型,结合试验结果验证了模型的有效性,并系统分析了弹体截面形状和头部曲径比对侵彻性能的影响。研究结果表明,与圆锥压头相比,具有相同截面面积的椭圆锥压头贯入材料时阻力更大,当压头的截面长短轴比从1.00增大至2.00时,贯入阻力增大10.1%。当弹体截面面积相当,且各横截面保持长短轴比不变时,椭圆截面弹体的长短轴比越大,其侵彻性能越差;椭圆截面弹体侵彻性能随着截面长短轴比的增大和头部曲径比的减小而降低。

椭圆截面截锥弹体的高速穿甲特性及阻力模型

随着高超声速武器系统的发展,具有更大空间利用率的异型截面弹体开始受到广泛关注,异型弹体的高速穿甲特性及毁伤机理是当前亟需解决的关键问题。基于典型反舰战斗部的截锥形头部结构及椭圆截面弹体外形,通过数值仿真方法研究了椭圆截面截锥弹体高速正贯穿金属薄板的阻力特性及薄板损伤机理,将弹体载荷分为剪切冲塞和延性扩孔阻力两部分,结合数值仿真结果提出了适用于椭圆截面平头弹、尖卵形弹的高速穿甲阻力函数及剩余速度解析模型,采用微分面力法和刚体动力学相结合的方法构建了椭圆弹正穿甲模型,并通过数值仿真结果验证了理论模型的有效性。结果表明:椭圆截面截锥弹体正贯穿金属薄板的过程分为载荷作用的头部侵入阶段和无载荷作用的弹身贯穿阶段,头部侵入阶段弹体对薄板的破坏模式分解为截锥平台造成的剪切冲塞和头部弧面的延性扩孔;高速冲击条件下椭圆截面尖卵形弹/平头弹对薄板的损伤与低速冲击时不同,尖卵形弹体贯穿薄板时发生延性扩孔破坏,薄板受平头弹高速冲击时出现剪切冲塞-延性扩孔相耦合的破坏模式;椭圆截面弹体正穿甲过程中所受阻力与截面积相等的圆截面弹体相同,区别在于椭圆截面弹体非对称结构外形导致载荷非均匀分布。

椭圆截面战斗部爆轰驱动壳体的断裂及毁伤特性

为研究椭圆截面战斗部爆轰驱动下壳体破片的形成机制和毁伤特性,设计了5种装药质量和壳体质量比相同而短长轴比不同的战斗部,开展了静爆威力试验,获得了椭圆截面战斗部破片径向速度分布规律,并结合细观观测方法分析了爆轰驱动下壳体断裂过程及破片损伤特性,通过测量破片对Q235钢板的侵彻开坑参数,量化了椭圆截面战斗部破片的侵彻毁伤能力。研究结果表明:椭圆截面战斗部破片速度由短轴至长轴方向呈对数趋势增长,相较于圆形截面战斗部存在明显的速度增益,短长轴比为0.40时,增益达到83%;靠近长轴处,由于壳体受到滑移爆轰为主导的驱动作用,壳体内部环向拉应力导致破片内表面出现拉伸裂纹,随着短长轴比增大,破片表面裂纹逐渐消失,而在战斗部短轴处,散心爆轰占据主导地位,壳体主要受到径向压应力作用,并未出现裂纹损伤;受端面稀疏波影响,战斗部轴向最大毁伤威力出现在距离非起爆端1/4处,而在战斗部径向方向,短长轴比为0.40时,短轴毁伤威力达到长轴的1.83倍,且该差异随着短长轴比增大逐渐减小。

椭圆截面螺旋铜管换热器传热性能分析

为了得到具有更高传热特性的换热装置,在椭圆截面螺旋铜管(ESSCT)换热器内安装螺旋折流板和中空管,对其进行了结构改进。采用双向流固耦合计算法,研究了不同入口流速和不同ESSCT截面横纵向半径比(e)条件下,改进后ESSCT换热器的振动强化传热特性。研究表明,可将传热元件由传统的圆形截面变为椭圆形截面来获得具有更高传热性能的换热设备。当截面为椭圆形(e≠1)时,ESSCT的传热性能获得了不同层次的改善。尤其当e=2时,ESSCT的传热性能获得了最大幅度的提高,此时换热器综合强化传热性能最强。ESSCT的平均面均传热系数(SAHTC)和强化传热评价指标(Epec)及其增幅均随入口流速增加而增大。此外,单位压降下的SAHTC在低流速时效果更明显,其随入口流速的增加而减小。研究结果对新型ESSCT换热器设计应具有一定的指导意义。

椭圆截面战斗部破片飞散特性研究

为研究椭圆截面战斗部毁伤特性,采用数值模拟与试验相结合的方法,开展了椭圆截面战斗部破片飞散特性研究。研究结果表明:椭圆截面战斗部在短轴方向的破片速度、破片分布密度全部高于长轴方向,在长短轴之比a/b=1.8条件下,短轴方向相对长轴方向的破片速度增益可以达到15%以上,破片分布密度增益可以达到440%以上,验证了椭圆截面战斗部具有在短轴方向毁伤增强的典型特点,在椭圆截面战斗部应用时,应考虑采用椭圆截面的短轴方向作为打击目标的主要方向。

双椭圆截面再入飞行器的气动计算及布局优化设计

双椭圆截面飞行器较圆截面回转体外形具有更好的刚性、更轻的重量、更大的容积和更高的配平升阻比。本文首先发展了一套可以计算该类飞行器纵横向气动力的工程计算方法,并利用N S方程数值模拟方法进行了验证。其次,对此类飞行器的气动布局进行了优化设计,并利用相同的优化模型对圆截面外形进行了计算。最后,对双椭圆截面优化外形和圆截面优化外形的气动特性进行了比较。

椭圆截面截卵形刚性弹体正贯穿加筋板能量耗散分析

为获得椭圆截面截卵形刚性弹体正贯穿加筋板的剩余速度,根据椭圆截面弹体贯穿靶板的破坏特征,认为贯穿过程中靶板的能量耗散方式主要为塞块剪切变形功与塞块动能、扩孔塑性变形功、花瓣动力功、花瓣弯曲变形功、靶板整体凹陷变形功、加强筋侧向凹陷变形功。推导了每种能量计算方法,计算中定量考虑了靶板扩孔、花瓣弯曲、凹陷变形的应变率效应。根据能量守恒关系,得到了椭圆截面弹体剩余速度和弹道极限速度预测公式。并通过实验结果对模型进行了验证。结果表明:考虑靶板应变硬化、应变率效应的贯穿模型可以准确预测弹体剩余速度;随着椭圆截面弹体长短轴之比的增大,靶板的弹道极限速度近似线性增大;长短轴之比小于3时,加筋板的主要耗能为花瓣弯曲变形能、整体凹陷变形能。

带控制舵椭圆截面飞行器的气动设计

非圆截面弹身布局在高超声速再入飞行器的机动能力、隐身特性、飞行性能和毁伤效能等方面具有许多潜在的优势,是当前飞行器设计的一个重要发展方向。本文进行了带舵的钝头椭圆截面双锥体的气动布局设计,进一步发展了快速有效的高超声速气动力工程预测方法,并将带舵椭圆截面双锥体的气动特性与带舵圆截面双锥体的气动特性进行了比较。研究表明,带舵的椭圆截面弹身布局方式可以获得较高的配平升力、配平升阻比及配平攻角,利用质心运动和控制舵偏转的综合控制可以获得更高的配平效率,是高超声速飞行器实现大升力、大升阻比飞行的潜在可行方案。

旋转椭圆截面螺旋管道内的二次流

根据张量分析推导出旋转螺旋直角坐标下Dean问题的控制方程 ,以Dean数D为小参数采用摄动方法获得椭圆截面旋转螺旋管道内黏性流动的摄动解 ,结果表明该流动受 4个参数的影响 :D(D =2Re2 κ) ,η(η =τ/κRe) ,σ(σ=2 ^Ωcosα/ ^κU) ,λ(a/b) .并讨论了各个参数变化时截面二次流形态的复杂变化 .

密绕椭圆截面螺线管电流的磁场分布

利用叠加原理和数值计算方法,求解密绕椭圆截面螺线管电流的磁场,分析磁场与长短轴之比、螺线管长短的变化关系.计算结果表明,长短轴之比越大,螺线管越短,磁场在垂直于螺线管轴线方向的分量越大,螺线管内匀强磁场的区域越小,但当长短轴比接近于1或螺线管较长时,磁场与密绕圆截面螺线管的磁场相似,螺线管内匀强磁场的区域较大,只在螺线管端口是非均匀磁场.

椭圆截面轴类零件楔横轧成形关键技术研究

提出了用楔横轧工艺成形椭圆截面轴类零件的一种新工艺,推导了随转速比变化的模具辊形曲线,采用三维刚塑性有限元软件Deform-3D对成形过程进行了数值模拟。在轧制过程中,轧件在模具的作用下径向压缩、轴向延伸的同时椭圆轮廓在模具顶面辊形曲线的作用下,逐渐轧制成形;得到了在楔入段、展宽段变化稳定,精整段呈周期性跳动的轧辊与轧件转速比变化曲线,以及周期性波动的力能参数曲线。

密绕椭圆截面螺线管轴线上的磁场

应用数值模拟方法,求解密绕椭圆截面螺线管轴线上的磁场,并分析了磁场与长短轴、管内轴线上位置的关系.计算结果表明,其磁场分布与密绕圆截面螺线管电流的磁场分布相差很大,磁场在空间各个方向都有分量,长宽比越小,垂直于轴线方向的磁场分量越大;长宽比较大或距螺线管中心较近处,磁场几乎与密绕圆截面螺线管电流产生的磁场相当,可用密绕圆截面螺线管电流轴线上磁场的简单公式来近似.

椭圆截面管道的流导计算

本文利用作者在对全压强范围内圆形管道的流导计算中提出的理论,对椭圆截面管道的全压强范围内的流导进行计算,得到了较为实用的公式.

椭圆截面异型管道弯头冲蚀机理研究

弯头作为管道连接部位的关键部件,其冲蚀磨损比直管严重,其寿命直接影响管道运输的效率。为此,通过改变管道横截面形状进行冲蚀磨损规律的理论分析,探究不同椭圆截面对管道的冲蚀磨损速率与磨损区域、最大压力值与压力等值线区域以及最大流速值与流速等值线区域的影响。研究结果表明:在椭圆度为1.0~1.2和1.4~1.6时,最大冲蚀率的减小趋势较为平缓;在椭圆度为1.2~1.4时,最大冲蚀率减小趋势比较明显,在该区间内可以有效减小最大冲蚀率;冲蚀磨损区域由最开始比较集中逐渐向扩散改变,随着最大流速区域的转移,在弯头弯曲长径侧形成第二冲蚀区域,有效增加了冲蚀区域面积,减小了最大冲蚀率。所得结论可为提高管道运输效率提供理论参考。

椭圆截面液罐车坡路上质心坐标的计算

分析并推导了椭圆截面罐液罐车在坡道上停驻时液体质心坐标的计算公式 。

准椭圆截面折流杆式换热器及管束制造工艺

折流杆式换热器自1970年问世以来,经30多年的研究开发和工程实际应用,被认为是有前途的高效换热设备。良好的抗震性能和低的壳程阻力和高的换热效率是其显著特点。由于其管束组装难度相对较大,折流杆式及管子的外径偏差要求较严,致使制造成本较高,且因制造误差使折流杆式换热器的抗震性和换热效率降低,从而阻碍了推广应用。该文提出的准椭圆截面折流杆及管束组装工艺可有效地弥补上述不足,以促进折流杆式换热器在我国的广泛应用。

圆与定压缩系数椭圆截面三点初步定心

分析了圆截面三点定心位移传感器触点坐标与圆直径的解析式,推导出定压缩系数椭圆截面中心坐标随椭圆长轴与定心支撑坐标纵轴之间夹角变化规律及其相应位移传感器触点位移变化规律,为工件三点初步定心误差分析及定心坐标变换提供依据。同时,圆截面三点定心触点与圆直径之间的确定关系为设计三点定心支撑结构尺寸提供了理论依据。

椭圆截面空心墩日照作用截面应力解析解

运用热弹性理论对椭圆截面空心墩在日照温度效应影响下的结构应力进行了分析,通过理论计算和推导,得到了椭圆截面空心墩柱在非均匀温度作用下的解析解。同时利用有限元仿真模拟方法,将解析解与仿真结果进行了对比,验证了公式的准确性。最后将椭圆简化为圆形并将公式与相关文献进行比较,验证了公式的正确性。在一定程度上对椭圆形截面空心墩柱的受力分析在理论上进行了完善。

有限长椭圆截面容器应力计算

应用板壳理论分析了有限长椭圆截面容器的应力 。