椭球罩作用下的水下爆炸冲击波反射聚焦模型

基于冲击波传播、非线性反射和聚焦理论,建立水下爆炸冲击波在椭球罩作用下的反射聚焦模型。讨论自由传播、壁面反射和定向聚焦阶段的冲击波特性和压力计算方法,利用波前和波法线的近似方程构建压力场的数值计算域,进而模拟聚焦过程,并与现有实验结果进行对比,结果表明:所建模型可为正聚焦压力提供满足工程精度的预测,并能描述水下冲击波及产生的拉伸波聚焦过程中的一些细节;椭球罩能有效地聚焦水下冲击波,在动力学焦点附近获得有效增益区,在近轴方向上明显削弱冲击波压力衰减;理想条件下的动力学焦点一般位于几何焦点之前,但实际的反射罩变形和背向位移将使其发生后迁,甚至能越过几何焦点。

大型非金属椭球罩的质量控制

在研制大型非金属椭球罩的过程中,为满足设计要求,需要在研制的各个环节进行型面跟踪测量,本文介绍了保证非金属椭球罩质量的方法及应注意的问题。

截顶辅助药型罩对椭球罩射流成型影响研究

为了研究截顶辅助药型罩的结构参数对椭球罩射流成型及侵彻性能的影响,运用仿真软件Autodyn-2D的Euler算法对其有限元模型进行数值模拟计算。结果表明:当辅助药型罩高度为2.5 mm,直径为15 mm时,截顶椭球罩形成的杆式射流具有最优的形态及侵彻性能,使用优化后的辅助药型罩结构侵彻混凝土靶板时,头部速度提升23.9%,射流长度提升15.9%,侵彻深度提升14.1%。研究结果可为椭球罩形成聚能射流研究提供参考。

椭球型罩聚能装药侵彻混凝土的数值模拟研究

基于有限元法中心差分包软件LS-DYNA-970的平台上对三种椭球罩型聚能装药侵彻素混凝土试样的问题进行了3-D数值仿真研究。研究揭示了各种情况下金属侵彻体的形成过程和侵彻过程的机理。研究表明在药罩口径相同的前提下,椭球体长轴较长的装药结构在爆炸荷载作用下能形成头部速度高。弹身长径比大、整体质量分布合理的射流侵彻体,但其扩孔效果较差。在分析混凝土受力失效过程的同时,获得了在金属射流在不同侵彻深度下,混凝土的开孔孔径大小的数值结果。计算结果与文献中的实验数据相比吻合较好。

椭球反射罩聚焦特性实验研究

曲面障板反射是水声工程中汇聚声波能量、提高传播距离的有效方法之一,而椭球反射罩的聚能效果最为明显。文章分析了椭球反射罩的聚焦原理,建立了基于水下等离子体声源和椭球反射罩的聚焦声场产生和实验系统;开展了椭球反射罩聚焦声场实验研究,从声轴和焦平面2个方向研究了声脉冲波形、峰值压力与声场位置之间的关系,得出了椭球反射罩聚焦声场的分布特性,量化评价了椭球反射罩的聚焦特性。实验结果表明,椭球反射罩聚焦增益大于20 dB,第2焦点处的峰值压力约23 MPa,声压级达267 dB。

大扫描视场红外椭球形整流罩光学系统设计方法

应用椭球形整流罩的飞行器具有良好的空气动力学特性,但由于头罩的非旋转对称结构特性,后续红外搜索/跟踪成像系统难以同时实现大扫描视场与良好成像质量.为解决这一难题,提出一种基于拱形校正元件和动态校正器的椭球形整流罩光学系统设计方法,使用该方法设计的中波红外头罩光学系统具有±54°的超大扫描视场,且成像质量在整个扫描和瞬时视场内接近衍射极限.

椭球反射罩在冲击波载荷下的动力学分析

曲面障板反射是水声工程中汇聚声波能量、提高声波传播距离的有效方法,而曲面障板的动力学特性是定向辐射性能的决定因素之一。根据线性声学理论反演推算了椭球反射面的冲击波载荷,从瞬态动力学分析角度建立了椭球反射罩动力学模型,利用有限元分析方法研究了椭球反射罩在冲击波作用下的动力学响应,计算了椭球反射罩在确定作用距离与作用效果下的应力分布和变形,仿真了整个冲击波响应的位移历程,并深入分析了这些动力学特性对椭球反射罩的结构强度、聚焦效果、反射效率等性能的影响,可指导椭球反射罩的最优化设计。

新型折反射式椭球形整流罩光学系统的设计

提出了一种可用于指导非旋转对称、折反射式光学系统设计的Wasserman-Wolf曲面设计方法,并将其用于设计椭球形整流罩光学系统,得到的系统具有结构尺寸小的优点。利用最小二乘拟合的方法使系统初始结构兼顾各个扫描视场的像差校正需求,克服了以往只针对零视场计算校正元件初始参数致使扩展至整个扫描视场时系统评价函数难以收敛的弊端。同时,从平面对称的矢量像差理论出发,分析了平面对称反射镜的像差特性,阐述了在不同扫描视场中,利用反射镜倾斜来进行动态像差补偿的原理。设计了一套工作波段为中波红外的椭球形整流罩光学系统,该系统的调制传递函数(MTF)在整个扫描视场内接近衍射极限。

基于水下脉冲放电的冲击波聚焦实验研究

冲击波的聚焦可以在聚焦区域形成局部较高的压力。基于能产生较强冲击波的水中脉冲放电声源和具有会聚作用的旋转椭球面反射罩建立了水下冲击波聚焦系统,开展了水下冲击波聚焦的实验研究,分析了水下冲击波的聚焦过程。对压力历史、轴线上的压力分布及峰值压力进行了分析,研究了旋转椭球面反射罩的聚焦特性。实验发现聚焦区域会产生负压,并导致局部空化。基于冲击动力学理论对这一现象进行了分析。实验结果表明,水下冲击波聚焦系统具有显著的聚焦效果。

三维椭球隐身条件的严格推导及其隐身特性验证

基于坐标变换理论,提出并推导了任意轴比下三维椭球的隐身条件,得到了相应隐身罩材料本构参数张量的通解表达式.根据导出的本构参数张量,利用电磁仿真软件分别对不同轴比的三个典型算例进行仿真验证.仿真结果证实了所导出的本构参数张量的正确性.这些分析结果为隐身物理机理的进一步理解,以及三维隐身罩的设计奠定了更充分的理论基础.

基于固定校正元件的凝视型共形光学系统设计

为提高凝视型共形光学系统的成像质量,提出了采用共形整流罩内表面设计与Zernike Fringe Sag面固定校正板设计相结合的固定校正方法。根据建立的入射光线与出射光线方向的偏离角与整流罩参数的关系,设计整流罩内表面参数,减小共形整流罩引入的部分像差。在此基础上,利用Zernike Fringe多项式各项与像差的对应关系,构建Zernike Fringe Sag面固定校正板。基于该设计方法设计了一个凝视型共形光学系统,其F数为1,焦距f为30 mm,观察视场为±35°。分析了校正前后系统的像差特性。设计结果表明,该方法有效地减小了共形光学系统存在的主要像差,整个观察视场范围内调制传递函数(MTF)曲线在17 lp/mm处均达到0.748以上,成像质量良好。