钛合金与碳纤维复合身管在无后坐力炮中的应用分析

为满足现代装备轻量化要求,以无后坐力炮的钛合金与碳纤维复合身管为研究对象,采用静态水压试验方法测得变形率,分别与理论计算、数值模拟计算的变形率进行符合性验证,得到实测变形率与理论计算变形率误差在±5%以内,实测变形率与模拟计算变形率误差在±6%以内,变形率误差在可接受范围。对碳纤维复合材料身管进行水压爆破试验,结果表明:碳纤维T700和M46的安全应力和变形率分别为1.874 4 GPa、1.18%和1.465 9 GPa、0.6%,在该试验数据的基础上,使用实炮进行射击试验,测得的最大变形率为0.19%,该变形率小于0.6%,从工程应用角度考虑,钛合金内衬外缠碳纤维复合材料能够满足身管轻量化应用要求。

便携式无坐力炮作战效能综合评定

为了综合评定便携式无坐力炮在典型作战场景下对典型目标的作战效能,基于典型作战任务剖面和装备战术技术性能参数,建立了便携式无坐力炮多用途弹和杀伤弹的作战效能模型和兵组生存的概率模型;计算了便携式无坐力炮2种弹种在典型作战场景对典型目标的作战效能,确定了兵组完成典型作战任务的最佳携弹量、毁伤目标数、生存概率等作战使用数据。结果表明,2~3发多用途弹可较好地打击600 m内火力点或步兵战车,并且兵组生存效率为0.83;当400 m范围有2个作战目标时,兵组需要射击5发多用途弹。2发杀伤弹对600~1 100 m范围内单个有生力量的毁伤效率为0.7;5发杀伤弹可对1 500 m范围内2个有生力量实现有效毁伤。

某无坐力炮药室段温度场的计算分析

无坐力炮连续发射过程中药室段温度会持续升高,为探究在连续发射过程中药室段外壁的温升是否会对炮手造成影响,基于经典内弹道理论和一维轴对称热传导理论,利用LS-DYNA软件建立某无坐力炮药室段的有限元模型,计算得到了某无坐力炮单发和连发射击时药室段的温度分布规律,并通过实验测量验证了计算结果的准确性。结果表明在6发连续射击条件下药室段外壁的温升只会让炮手感到热,但不会有烧伤的影响。

轻型无坐力武器连续射击时炮尾位置温度场的数值分析

无坐力炮连续发射过程中,炮尾温度会持续升高,而炮尾是炮手最容易接触到的位置.为解决炮手的安全防护问题,利用Ansys-Workbench软件建立轻型无坐力炮炮尾有限元模型,模拟无坐力炮发射过程中火药气体与炮尾内壁的强制对流、外壁与环境的自然对流,并且考虑了内弹道时期结束后外界空气流入与炮尾内壁间的自然对流.通过建立炮尾处火药燃气的温度方程,确定炮尾内壁的对流换热系数,并数值模拟了轻型无坐力炮速射时炮尾段的温度分布规律.结果表明:炮尾外壁温度随射弹数增加而逐渐上升,在连续射击到6发和12发时分别达到了116℃和138℃,此数值模拟温度结果与试验结果相一致,由此得出结论:无坐力炮速射过程中炮尾位置的温升对炮手有烫伤的隐患,需要增加适当的防护外套.

线膛无坐力炮膛线数和弹带结构对挤进过程影响

为了研究线膛无坐力炮膛线数和弹带结构对挤进过程的影响,分别对比4种膛线数和2种弹带结构下弹丸的运动响应和挤进阻力。采用LS-DYNA软件构建了不同挤进模型进行仿真模拟,数值模拟结果表明:膛线数对挤进过的程影响远小于弹带结构的影响;双排弹带在挤进过程中气密性良好且更容易挤入膛线,较好地降低了弹带对膛线的磨损与冲击,提高了身管的使用寿命。

某型无坐力炮射击偏差及修正分析

针对某型无坐力炮,由横倾导致的射击偏差问题,提出火炮肩射状态下的坐标系方法。描述火炮姿态变化,建立横倾状态下的射击偏差量计算模型,分析横倾对火炮射击精度的影响程度,提高射击精度以及火炮毁伤效果。结果表明,该方法能够为火控修正射击偏差提供参考。

基于无坐力炮复合身管上瞄准镜座的系统可靠性研究

针对无坐力炮复合身管和瞄准镜座的绑缚连接与单一金属无坐力炮身管瞄准镜座的机械连接比较而言,前者在连接瞄准镜后进行射击时,容易出现绑丝松脱、崩丝等造成瞄准镜座松动的问题,影响装备连接可靠性和射击瞄准精确度。为了验证无坐力炮复合身管上瞄准镜座在寿命周期内的可靠性问题,采用实炮射击试验,得到镜座绑缚处身管的轴向、环向最大变形率分别为0.082%、0.08%,X、Y和Z方向的振动加速度峰值分别为213 g、258g和230g,以实炮射击试验结果为依据,分析并确定冲击试验的X方向标准峰值加速度和标准脉冲宽度分别为225 g和2 ms,冲击试验结果表明:瞄准镜座的结构、强度、尺寸、与无坐力炮的绑缚连接满足可靠性要求;无坐力炮内膛尺寸偏差值在0.01~0.03 mm,其变化量值属于可控范围,对射击效果影响较小;无坐力炮配装瞄准镜后的系统零位走动量小于0.2 mil,对于400 m立靶密集度试验而言,弹丸着靶的距离偏差值约为8 cm,满足射击精度要求。该瞄准镜座可用作无坐力炮复合身管与瞄准镜的连接机构。

某无后坐炮的流场数值模拟

为了研究无后坐炮的流场特性,利用有限体积法、AUSM+格式及嵌入网格技术,对包含运动弹丸的某无后坐炮的前、后复杂流场进行了数值模拟。根据数值结果,绘制了无后座炮前后流场的计算阴影图和炮口周围超压峰值等值线图,详细讨论了无后座炮膛口流场及尾喷管流场的形成与发展;根据有关标准,分析了炮班成员的安全区域。这些结果对于理解无后坐炮的流场特点,预测冲击波对炮手的危害有一定的参考意义。

基于液态平衡体的无后坐炮内弹道研究

为了实现无后坐炮在有限空间内安全发射,设计了一种含液态平衡体的新型装药结构。基于该新型装药结构,开展了某口径无后坐炮内弹道性能试验,建立了相应的内弹道模型,计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,分析了液态平衡体初始质量、密度、火药弧厚、喷管喉部直径以及挤进压力等参数对内弹道性能的影响。结果表明:液态平衡体初始质量对最大膛压和炮口速度的影响显著,而其密度的影响较弱;较厚的火药、较小的喷管喉部直径及较低的挤进压力有利于提高内弹道综合性能。研究结果可为基于液态平衡体的新型无后坐炮内弹道及装药结构设计提供理论指导。

瑞典84毫米口径古斯塔夫无后坐炮弹药技术综述

详细介绍了瑞典84 mm口径古斯塔夫无后坐炮弹药的结构、原理和性能特点,并以破甲弹和榴弹为例,深入对比分析了古斯塔夫无后坐炮弹药和国内已有82 mm无后坐炮弹药的特点。古斯塔夫无后坐炮弹药可用于M2式、M3式和M4式三代无后坐炮;弹药类型不同,所配引信位置、原理、结构和性能也不同;弹药系统只有551C型火箭增程破甲弹装填不敏感炸药和常规炸药);弹重基本都在3 kg以下;遵循炮口动量守恒原则;弹药中551型火箭增程破甲弹、655CS型破甲弹、502型双用途弹和751型火箭增程破甲弹主要对付目标分别是中等厚度装甲目标、厚装甲目标、轻型装甲目标和带反应装甲的坦克;尽管与典型的反坦克导弹相比性能上有差异,但是其具有更好的便携性和高性价比。

不同温度下无后坐炮内弹道过程多维随机变量数值模拟

为了精确设计身管强度、弹体强度和精细分析引信解除保险性能,在不同温度的情况下,在考虑药厚、火药力、药量、药室容积和弹丸质量随机性的基础上,应用蒙特卡洛方法和无后坐炮经典内弹道学模型,随机模拟了不同随机因素对内弹道性能的影响,得到了不同随机影响因素下的某无后坐炮内弹道膛压曲线轮廓,高温、低温、常温条件下最大膛压附近的膛压跳动最大值分别为14.088 8 MPa,5.660 3 MPa,7.749 8 MPa。该解算结果能较好地反映出膛内射击过程的变化规律,可用于精确设计身管强度、弹体强度和精确分析引信解除保险性能。

带状变燃速发射药对无后坐力炮内弹道性能影响研究

针对某口径轻型无后坐炮的研制,建立了带状变燃速发射药燃烧数学模型,根据经典无后坐力炮内弹道理论,建立基于变燃速发射药的内弹道数学模型。模型计算结果与该口径无后坐力炮试验结果相吻合。基于该模型研究发射药内外层密度、内外层燃速比以及外层与总厚度比对最大膛压、炮口初速和不平衡冲量的影响。计算结果表明为了减少膛压和不降低初速,变燃速药内外层密度之比不能过大,内外层燃速比应适当取较大值,外层厚度与药片弧厚之比取较小值。

新型低后坐膨胀波火炮的原理分析及模型研究

系统地介绍了各种低后坐武器的工作原理和存在的相应缺陷,并在此基础上全面介绍了一种新型低后坐武器——膨胀波火炮的工作原理、性能,以及目前尚待解决的技术问题。同时根据膨胀波火炮的工作方式,考虑发射过程中混合流体的相间作用,采用两相流理论中的分流法建立描述膛内射击过程的内弹道两相流气动力模型,分析了其减小后坐和降低身管温度的机理,并给出了相应的数值解法。

基于ADAMS的无后坐炮射击动态稳定性仿真研究

讨论了利用ADAMS进行仿真的意义和重要性。根据无后坐炮发射的特点,对其进行了受力分析,并使用ADAMS建立了火炮发射动力学模型,通过仿真计算分析了影响该型无后坐炮射击动态稳定性的因素。最后对虚拟样机技术在武器领域的应用前景进行了展望。

线膛复合身管无坐力炮的非金属弹带挤进过程数值分析

利用有限元软件LS-DYNA构建了非金属弹带挤进某复合材料身管无坐力炮的有限元模型,对几种不同材料弹带挤进过程进行了对比分析,并对弹丸发射过程中的身管应变以及扭力矩进行了动态测试,得到如下结果:非金属弹带有较好的闭气效果。改性的聚四氟乙烯弹带对挤进过程产生的阻力、弹丸运动影响均介于尼龙和聚四氟乙烯之间;弹带凹槽设计能够降低身管的应变;轻型线膛复合身管无坐力炮弹丸发射过程中,身管环向应变由膛压和弹带的冲击共同引起并且叠加形成;理论、仿真和实验得到的身管扭转冲量矩,可为身管设计提供重要的参考。

瑞典古斯塔夫无后坐炮引信技术综述

为了给无后坐炮引信研制提供参考,详细介绍了瑞典古斯塔夫84mm口径无后坐炮引信的结构、原理和性能特点。古斯塔夫无后坐炮引信可通用于M2式、M3式和M4式三代无后坐炮弹药系统;古斯塔夫无后坐炮不同的弹药系统,其所配引信的原理、结构和性能也不同;瑞典古斯塔夫无后坐炮引信目前只有ZTZ 42A1引信采用时间药盘;瑞典古斯塔夫无后坐炮引信均无自毁功能设计;瑞典古斯塔夫无后坐炮FFV 447引信和FFV 502引信具有触发和定时两种模式,可根据作战目标预先装定。古斯塔夫无后坐炮引信后坐过载约为9 000 g,膛内运动时间约为5.5~6.5ms,膛口转速约为70r/s。

基于平衡算法的无坐力炮不平衡冲量研究

在经典无坐力炮内弹道学理论的基础上引入了不平衡冲量的计算方法,建立了计算模型,该计算模型与试验结果吻合较好。利用此平衡内弹道算法分析了弹丸挤进压力、堵片打开压力、火药弧厚、喷管面喉比等设计参数对不平衡冲量的影响。研究结果表明:喷管面喉比对不平衡冲量的影响较大,弹丸挤进压力、堵片打开压力、火药弧厚对不平衡冲量的影响较小。研究结果可为无坐力身管武器的相关设计提供参考。

某无坐力炮不同弹带挤进过程差异性数值模拟分析

采用有限元软件LS-DYNA构建了非金属尼龙弹带和金属铜弹带挤进过程的有限元模型,分析探究了两种模型下的弹丸运动响应、挤进阻力以及多发弹丸连续发射引起的坡膛的温度变化差异。数值模拟结果表明:与铜弹带挤进过程相比,尼龙弹带更加容易挤入膛线,尼龙弹带挤进过程中所受阻力较小,能够较好的降低弹带对膛线的冲击与磨损;多发弹丸连续发射时,铜弹带挤进过程引起的坡膛温度变化远大于尼龙弹带挤进过程引起的坡膛温度变化,采用尼龙弹带能减少火炮身管的烧蚀损伤,提高使用寿命。

基于ADAMS的某无后坐炮发射动态仿真分析

根据以炮架为三脚架的某82无后坐炮发射的特点,建立起无后坐炮仿真模型并对其进行受力分析。通过建立多刚体接触模型以及无后坐炮内弹道模型,并赋予弹-炮-架体耦合动力学仿真模型相应的参数,完成了对无后坐炮发射稳定性的仿真分析。

基于混合装药的无后坐炮内弹道研究及优化

针对某口径轻型无后坐炮的研制,使用经典内弹道理论,建立了基于混合装药的无后坐炮内弹道模型,开展某口径无后坐炮内弹道性能试验。模型计算结果与试验结果吻合较好,在一定程度上提高了内弹道性能。然后根据战术技术指标对不同种类的火药装药量进行了基于内点惩罚函数法的优化设计,确定了在给定最大膛压、最小初速下的各种火药装药量的最佳比值。最后分析了经典内弹道理论中使用正比燃烧定律代替指数燃烧定律的方法及其误差。研究结果可作为无后坐炮内弹道及装药结构设计参考。