气液混合作动装置内弹道设计与试验研究

为提升某大型起竖-翻转设备的快速响应能力,开发了一种新型燃气-液压混合作动装置,针对该新型混合动力装置,建立了变构型燃烧“凹型”药柱燃面推移变化数学模型及气液混合作动装置内弹道数值计算模型,完成了样机研制和空放试验研究,通过变构型燃烧“凹型”药柱的燃面匹配设计,实现了对不同燃烧阶段作动装置的快速建压和流量的稳定输出控制,验证了本文所建立的内弹道数值计算模型的准确性及该混合作动装置系统设计的可靠性。在此基础上,分析了“凹型”药柱设计参数对作动装置工作性能的影响,计算结果表明:作动装置输出流量的大小和响应时间的快慢主要与“凹型”药柱初始燃面及增面燃烧阶段肉厚的大小相关,药柱整体高度则决定了作动装置系统工作时间;在本文计算工况下,凹槽直径和药柱高度每增加10 mm,作动装置响应速度、平均输出流量和工作时间分别提升0.09 s、13 L/min和0.2 s左右。研究结果可为大型起竖装置的快速展开提供一种新的动力源及内弹道设计方法。

火炮内弹道挤进过程导转侧力特性

为研究弹丸挤进过程膛线导转侧与弹带的力学响应,基于能量法推导弹丸挤进过程弹带运动、变形及其与膛线相互作用的力学机理,根据经典内弹道理论分析了弹带挤进后与膛线导转侧受力关系,分别得到挤进过程和挤进后导转侧受力的一般表达式,并分析了挤进过程及挤进后导转侧受力的主要影响因素。采用弹塑性有限元方法模拟弹丸膛内运动过程,获取多种工况下导转侧受力动态响应,分析导转侧受力变化特性,以及挤进过程中导转侧力受挤进速度和坡膛角的影响规律。研究表明:弹丸挤进过程导转侧受力与挤进速度、坡膛角正相关,挤进后导转侧受力与弹底压力变化趋势一致;在一定速度范围内,弹丸挤进过程的导转侧受力远大于最大膛压时刻,且随着速度增加,挤进过程导转侧受力与最大膛压时刻的比值有明显增大的趋势;对于弹丸启动后自由行程较长的埋头弹火炮,挤进过程受力更为恶劣,需加强装药结构及优化坡膛结构为提高身管寿命创造条件。研究结果可为弹丸结构设计及弹炮匹配性分析提供理论参考。

空射运载火箭轨迹/穿越距离优化设计

空射运载火箭轨迹设计受载荷、载机安全性、姿控能力等多因素限制,为了解决空射运载火箭面临的复杂多约束条件下的轨迹优化问题,提出了一种考虑穿越距离、最大载荷约束、最大控制能力的轨迹优化设计方法。建立了机箭穿越距离模型与载荷计算模型,通过将上述模型转换为过程约束引入轨迹优化问题中,利用伪谱法对轨迹优化问题进行求解,从而实现多约束条件下的空射运载火箭上升段轨迹快速优化。在此基础上,梳理了空射运载火箭轨迹设计中影响火箭穿越距离、最大载荷的典型参数,分析了参数间的制约关系。仿真结果表明:该方法能够实现多约束条件下的空射运载火箭上升段轨迹优化,为空射运载火箭研制提供参考;从降低火箭最大飞行载荷以及总体性能提升角度考虑,空射运载火箭应在较高高度进行投放,投放后以最大角速率将攻角调节至最大值,保证火箭快速穿越稠密大气,同时应尽可能缩短穿越距离,避免火箭在低空加速。

HPMW与垂直发射武器协同作战火力冲突判定研究

高功率微波(HPM)的舰载应用已成为未来舰艇武器发展的必然趋势,在协同防空作战中为了将HPM武器(HPMW)的作战优势最大化,研究其协同作战火力冲突及其判定方法具有重要意义。针对舰载HPM与垂直发射武器的火力冲突问题,从HPM发射特点及其对目标毁伤与干扰机理角度,采用HPM在传输过程中微波密度呈现的高斯分布效应的原理,选择微波对目标的毁伤阈值作为主要判断依据来建立HPMW危界模型;从扰动因素的角度将垂直发射武器的危界模型分为垂直上升段和转弯段,借助蒙特卡洛数值分析方法计算垂直发射武器危界模型安全阈值;描述了在协同防空作战中基于弹道预测下理想弹道与HPMW天线轴线的最短距离,通过设定的安全阈值与最短距离的关系来判断是否发生火力冲突。仿真结果表明,该模型较为准确地描述了HPMW的危界,减少了可射击空域的损失,能够有效地给出较为可靠的冲突告警信号。

分层结构PELE侵彻多层间隔靶横向效应实验研究

为了研究不同弹丸结构和壳体材料对PELE横向效应的影响,通过实验方法,对比研究了常规结构、轴向分层结构和径向分层结构PELE(壳体材料均为钨合金)对多层间隔金属靶的毁伤效果。研究结果表明:轴向和径向分层结构PELE产生的破片数量较常规结构PELE分别提高了5.3%和84.2%,且其对第2层靶板的开孔尺寸分别提升了23%和16%,但是它们无法对后续靶板继续形成高效毁伤;故此,将分层结构PELE的壳体材料换成钨丝/锆基非晶复合材料,做进一步实验研究。实验结果发现:钨丝/锆基非晶复合材料的分层结构PELE对第2层靶板的开孔尺寸下降约10%,但是,对第3层、第4层靶板的破坏尺寸提升分别约90%~140%和25%~30%。结果表明:钨丝/锆基非晶复合材料与分层结构PELE相结合,可提升对多层间隔靶板的高效毁伤。

固体发射药火炮身管热散失模拟研究

为了从理论上直接计算火炮发射过程中身管热散失并提高计算精度,选取经典内弹道模型,使用四阶龙格库塔法对内弹道模型进行求解,得到了内弹道时期火药燃气温度,采用拟合公式求解后效期火药气体温度,确立传热初始条件。使用马蒙托夫约定和实验拟合公式确立内、外边界的换热系数。基于传热学理论建立了身管径向一维传热模型,对方程组差分求解,得出火炮身管的温度分布,得到了发射过程中身管的热散失。结果表明:单发射击情况下,火炮通过身管散失的能量占发射药总能量的16.45%;连发射击情况下,身管热散失占总能量的16.45%~13.81%,呈下降趋势。

低压长脉冲作用下PBX炸药的响应特性

为研究塑料粘接炸药(PBX炸药)在低压长脉冲作用下的响应特性,采用大落锤试验的方法对壳体约束下的炸药样品进行低速撞击加载;采用薄膜式PVDF对炸药试样顶部和底部的压力-时间曲线进行测量,通过壳体外表面的应变片测试壳体的环向和轴向应变,同时采用高速相机捕捉炸药在撞击作用下的反应发光现象;采用LS-DYNA非线性有限元软件开展数值模拟,研究大落锤冲击载荷作用下PBX炸药的动态响应特性。结果表明,落锤撞击速度为3 m/s时,炸药受撞击面的峰值压力约为100 MPa,炸药不发生反应;落锤撞击速度为5 m/s时,炸药受撞击面的峰值压力为200 MPa,炸药发生明显的化学反应;有限元计算结果与试验测试结果具有较高的吻合度,可以很好地模拟炸药在低压长脉冲冲击下的力学响应特性。

球形装药内爆岩体破坏效应的准静态模型

针对岩石介质封闭内爆问题,建立了球形装药爆炸破坏区域预测模型。基于岩体的弹性—裂纹—粉碎破坏模式,粉碎区采用Hoek-Brown准则,并结合爆炸前后爆生气体的绝热关系,得到了岩石介质的爆腔尺寸、粉碎区尺寸和裂纹区尺寸。与文献试验结果及已有相关准静态理论进行比较。结果表明:该文模型爆腔尺寸的预测结果与试验结果吻合良好,误差范围为-5.8%~5.5%,而基于Mohr-Coulomb准则的准静态模型计算结果均偏小,且柱形爆腔公式不适用于球形爆腔;Hoek-Brown准则中无量纲经验系数m值对爆腔尺寸有一定影响,m增大,爆腔尺寸减小;粉碎区尺寸和裂纹区尺寸预测结果受m值影响较小,且比较合理。

基于异常压力场的火炮身管断裂失效再现数值模拟

针对某坦克炮实弹射击出现身管断裂失效的情况,采用问题再现、原因分析、计算分析和效果验证等研究方法,利用LS-DYNA程序流固耦合算法,以等量TNT爆轰产生的高压气体流场近似代替实际火药气体作用,采用基于显式积分的拉格朗日-欧拉耦合算法解决流体与固体的耦合,建立了高压气体与身管之间相互作用的数值模拟,解决了流体形变引起的计算困难问题。引入Johnson-Cook塑性模型以及断裂失效模型描述身管材料动力学响应,在预置初始裂纹的情况下对身管在异常内压下的动力学响应进行了数值计算及分析。数值模拟结果较好地描述了身管材料在异常压力作用下的断裂失效机理,再现了身管发生撕裂损伤破坏的过程,为火炮使用安全性以及故障分析提供了参考。

高原环境下电子时间引信炸点控制修正方法

针对海拔高度变化对电子时间引信炸点精度有重要影响的问题,提出了一种电子时间引信作用时间对高原环境的自适应修正方法。该方法利用引信作用时间改变量随海拔高度的变化关系,得出不同射程时的海拔修正系数,进而修正引信的装定时间。以80 mm火箭弹为例,仿真实验表明,在利用该文修正方法修正后,不同海拔处的引信炸点位置精度在全射程范围内均小于2 m;而不修正时,在海拔高度为4 750 m,打击400 m目标时,引信炸点误差可达22 m。该研究结果对平原射表的高原应用有很重要的意义,使电子时间引信在高原的炸点精度得到提高。

一种地地导弹变射面飞行程序设计方法

传统地地弹道导弹一般只进行俯仰飞行程序设计,所采用的设计模型与方法不能适应变射面飞行程序的设计。针对此问题,在射面转移变换规划的基础上,提出了一种地地导弹变射面飞行程序设计方法,在假设地球为圆球的情况下,建立射面变换飞行程序优化模型,采用hp-RPM伪谱法进行优化设计;对优化出的离散俯仰/偏航飞行程序数据进行多项式拟合平滑,并建立地球扁率影响修正模型进行修正,最终确定了射面变换俯仰/偏航飞行程序。仿真计算结果表明,优化出的变射面飞行程序有效、可行,证明了设计方法的正确性。

空间飞行器的一种直接定点入轨控制方法

为克服现有运载火箭在空间飞行器直接定点入轨控制方法上的缺陷,在继承美国土星-5火箭IMG和航天飞机LTG方法各自优点的基础上,提出了一种有效抑制初始偏差干扰和具有大偏航自适应控制能力的直接定点入轨控制方法,六自由度数值仿真算例验证表明:该方法和算法简单可靠,非线性迭代稳定性好,直接定点入轨精度可小于5km,利用该方法可控制空间飞行器直接定点入轨。

改进的hp自适应网格细化算法及应用

针对高超再入飞行器的轨迹快速优化问题,提出了一种改进的hp自适应网格细化轨迹快速优化算法。采用hp-LGR伪谱法将多区间连续时间最优控制问题转化为非线性规划问题;以离散的微分-代数约束在采样点上的残差作为解的精度估计准则;在需要提高求解精度的区间,将轨迹曲率作为选择h法或者p法提高求解精度的判据,通过迭代调整子区间的个数、区间内插值多项式的维数达到求解精度要求。仿真结果表明,本文算法能够以较少的计算代价得到较高精度的解,更适合求解多约束条件下轨迹优化问题。

粘结压实药柱解体及渐增性燃烧性能的中止实验研究

为研究粘结压实药柱的解体与强度之间的关系及表层处理方法对解体与燃烧渐增性能的影响,分别采用升温直接压实法及乙醇/丙酮高温热蒸汽软化法将预处理后的太根小粒药压实成高密度药柱,再进行表层处理,得到待测的压实药柱样品,利用材料试验机测试样品的常温压缩力学性能;进行中止燃烧实验,并用数据采集系统记录燃烧中止前燃烧室内的压力-时间曲线,分析样品的解体及渐增性燃烧性能。与升温直接压实法相比,高温醇酮蒸汽软化法制得的样品压缩力学性能增强,药粒分裂、解体相对压力区间展宽,燃烧较为平稳。经表层钝感处理后的样品,起始动态活性明显降低。结果表明:高温醇酮蒸汽软化法制得的样品在保持一定力学性能时内层药粒易于分裂。选择合理的表层处理方法能较好抑制粘结压实药柱起始阶段的动态活性,解体过程能得到较好的控制,具有较好的燃烧渐增性。

2012年全国弹道学术交流会在杭州召开

中国兵工学会弹道专业委员会于2012年11月29～12月1日在浙江省杭州市召开了2012年全国弹道学术交流会。来自全国24个有关的高等院校、研究所、工厂、机关等单位从事弹道工作研究的专家、教授、技术人员以及管理人员等70多名代表参加了会议。在开幕式上,南京理工大学学术中心刘爱华主任、

AP颗粒尺度对复合底排推进剂燃速的影响

为了解复合底排推进剂中AP氧化剂的含量及AP颗粒的大小对推进剂表观燃速的影响,利用一种综合燃烧模型,通过对燃烧过程的简化,计算了AP氧化剂不同粒径尺寸对底排推进剂燃速的影响,并和实验结果进行了比较.在此基础上,对不同AP含量的底排推进剂燃速进行了预测计算.结果表明,AP含量越高,底排推进剂的燃速越大;AP颗粒尺寸与底排推进剂燃速是非线性、非单调变化的关系.当AP粒径小于150μm时,AP颗粒尺寸越大,推进剂燃速越低;但AP粒径等于200μm时的推进剂燃速略高于150μm时的燃速.

随机风场与升阻比误差对空空导弹可攻击区的敏感度研究

为研究随机风场和升阻比误差对空空导弹可攻击区的敏感度,基于某空空导弹模型与三维比例制导律以及随机风场模型等,通过大规模系统的导弹与目标对抗飞行轨迹仿真,迭代出了该空空导弹在各种(随机干扰)条件下的三维可攻击区.数值飞行仿真表明,随机风场和升阻比误差改变了空空导弹的可攻击区的形状和大小,这表明空空导弹的可攻击区对这些随机干扰具有较高的敏感度,当计算空空导弹的可攻击区时,必须考虑随机风场和升阻比误差,这具有明显的实际工程设计与空战应用的价值.

高速旋转条件下点火具的燃烧特性试验研究

借助高速旋转试验台,研究了高速旋转条件下中心端面点火和侧向点火2种点火具的燃烧特性.结果表明,随着转速的提高,火焰面积增大,点火具燃烧时间减小,燃速加快.在转速为12 000 r/min的试验条件下,点火具内的点火药燃烧速度达到30 mm/s,是静态试验条件下的3倍以上;同时,点火药燃烧火焰在高速旋转条件下明显增大,其燃烧高度和宽度均比静态下多5~8 cm以上,燃烧强度更加猛烈.随着转速的增大,点火具烧蚀程度也愈加严重.

发射药粒冲击破碎动力学仿真

为了研究低温发射药粒在冲击载荷作用下的力学性能,用一种建立在非连续介质基础上的离散单元法为工具,建立了发射药粒的破碎模型,采用Mohr-Coulomb型的破坏准则,数值仿真了发射药粒以不同初速冲击刚性界面的破碎过程.定性研究了低温发射药粒在冲击载荷作用下的力学性能.分析结果表明,冲击速度越大,发射药粒的破坏情况越严重,该结果与试验相符.该文方法为发射药粒破碎过程研究提供了一种新途径.

高与超高性能钢纤维混凝土的抗侵彻性能研究

为研究不同强度等级的高与超高性能钢纤维混凝土材料的抗侵彻性能,采用25 mm口径弹道炮开展了初速度500~850 m/s的正侵彻实验,利用高速摄影系统记录了弹体的着靶姿态及靶体的动态破坏过程,采用非线性有限元方法对侵彻全过程进行了数值模拟.实验结果表明,随着混凝土强度等级的提高及钢纤维掺量的增加,侵彻深度略有减小,但这种差距随着强度等级的提高越来越小;随着纤维掺量的提高及侵彻速度的降低,材料破坏程度明显减弱.