航行体梯度密度式头帽结构设计及降载性能分析

针对航行体在以大于100 m/s的速度高速入水过程中承受巨大的冲击载荷可能导致的结构损坏、弹道失控等现象,而现有的缓冲措施降载能力有限的难题,本文设计了一种航行体高速入水梯度密度式缓冲头帽,确保航行体能够高速安全入水,并给出了详细的设计过程.同时基于ALE(arbitrary Lagrangian-Eulerian)算法建立了航行体带缓冲头帽高速入水数值计算模型,且数值计算的结果与试验测试数据具有较好的一致性.然后在此基础上,开展了航行体带梯度密度式缓冲头帽高速入水降载特性的数值研究,探究了双层缓冲件不同分层厚度、正负密度梯度排列以及层间密度差等重要参数对缓冲头帽能量吸收以及缓冲降载效果的影响规律,并进行了大尺度模型高速入水冲击测试试验,根据航行体模型干模态分析时的二阶弯曲模态固有频率对试验数据进行滤波处理.研究结果表明,在本文所研究的范围内,分层的缓冲件相比较于不分层的缓冲件表现出更强的冲击能量吸收效果,且缓冲件吸收的冲击能量随着分层数的增加而增加;负密度梯度排列的缓冲件其缓冲能力强于正密度梯度的缓冲件;当层间密度差越大时,冲击能量的损耗也将越大,缓冲头帽的降载效果越好.