超空泡射弹弹道特性影响因素仿真研究

建立并简化了水下超空泡射弹动力学和运动学模型,基于空泡模型假设和空泡截面独立扩张原理,确定了空化数与速度及深度的耦合计算关系和水下射弹尾翼穿刺前的临界空化数,进而对水下超空泡射弹弹道特性进行了仿真研究。仿真结果表明,水下射弹有效射程受自身质量和发射深度影响很大,有效射程与自身质量成线性增长关系,与发射深度成近似线性递减关系;在实际作战中,需考虑射弹发射深度对有效射程的影响,可以通过适当增加自身质量的方法,增大射弹有效射程。     

高速射弹流体动力特性及空泡形态数值仿真

准确获得流体动力特性和空泡形态是研究水下高速射弹运动稳定性优化控制问题,由于攻角的影响,对空泡形态产生扰动,并影响航行器的稳定性。为研究攻角引起的流体动力特性和空泡形态变化强耦合性对射弹的同时作用,建立了射弹自然空化的三维仿真计算模型,在射弹可变攻角下的流体动力特性及空泡形态进行了数值仿真,得到了二者随攻角的变化规律。结果表明:在小攻角条件下射弹流体动力参数处于线性变化工作域,射弹临界攻角大于自力超空泡航行器,说明数字仿真方法正确,模型合理,为研究射弹弹道稳定性提供了理论基础。     

超空泡射弹尾拍运动流固耦合动力学响应研究

基于ANSYS软件和CFX软件的双向隐式交错迭代法对超空泡射弹尾拍运动过程中的流固耦合响应进行了研究,结构响应仿真采用有限元法、流场仿真采用分相流模型和SST湍流模型,重点比较分析了流固耦合作用对射弹运动姿态和流体动力的影响,给出了尾拍过程中弹体应力的变化规律.     

随机载荷下随机参数超空泡射弹的动力稳定性

针对超空泡射弹水下高速运动时前端受轴向随机载荷作用,存在动力系统不稳定性问题.为了优化控制,建立超空泡射弹结构的动力偏微分方程,考虑结构的参数具有随机性,应用随机因子法求出随机参数射弹结构的动力不稳定区域边界,利用Bolotin方法对动力稳定性进行数值计算,求解随机变量数字特征的代数综合法,推导出了动力不稳定区域边界的均值和方差,数值计算表明,随机参数对射弹动力不稳定区域边界有一定的影响,计算结果可为超空泡射弹的设计提供一定的理论依据.     

穿甲弹斜侵彻数值仿真

采用显式动力分析程序LS-DYNA,对某型穿甲弹斜侵彻进行数值仿真,计算该穿甲弹斜侵彻装甲板的穿甲情况,计算结果与试验数据相符较好,可为弹体结构优化设计提供重要参考依据.     

激光等离子体空泡动力学特性研究

从理论模型、实验、数值模拟三方面综合研究了液体粘度和激光能量对激光空泡产生、成长、溃灭特性的影响。理论方面,建立了一个有所改进的空泡动力学模型;实验方面,利用两套基于光纤耦合光偏转法的实验装置,研究了空泡脉动、冲击波以及射流的细节过程;数值模拟方面,采用有限差分法进行数值计算,分析了所提出模型的优越性。研究结果可为水下激光加工、激光医疗、空化空蚀相关流体力学的研究提供一定的理论和实验支持。     

机动超空泡水下航行器纵平面运动特性分析

超空泡水下航行器机动运动由于有空泡的时间延迟效应和重力效应的存在,使得航行器与直航超空泡航行器的运动特性有很大的不同;进行纵平面运动分析,是对航行器实施深度控制和姿态控制的前提;考虑时间延迟效应和重力效应引起的空泡轴变形,建立超空泡航行器机动航行纵平面运动模型,推导纵平面运动传递函数,并以某小口径(约200mm)超空泡水下航行器的特征参数为例分析其运动特性;纵平面运动特性分析为超空泡水下航行器机动运动的系统设计和控制提供了重要参考。     

超空泡水下航行器定深控制研究

极高的航速使得对超空泡水下航行器的控制变得异常复杂. 为了对其深度进行有效控制, 必须对其纵平面运动特性进行研究. 本文首先建立了超空泡水下航行器的纵平面运动模型, 分析了其纵平面运动特性; 然后进行了控制算法的综合; 最后, 仿真及试验结果均验证了所设计的航行器纵平面运动控制算法的有效性. 试验结果表明该控制系统具有较高的控制精度. 本文的研究成果为进一步研究水下超空泡航行器的运动控制提供了必要的理论基础.     

超空泡航行体的自适应模糊滑模控制研究

针对超空泡航行体动态中的非线性项和未建模动态,以及由空泡形状改变引起的扰动问题,提出了一种基于自适应模糊滑模的纵平面运动控制器设计方法。该方法利用自适应模糊系统逼近超空泡航行体模型中的非线性不确定项;利用滑模控制对干扰的鲁棒性,克服逼近误差和干扰;最后用Lyapunov定理证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,设计的控制器可有效克服滑行力的计算误差以及水动力参数的不确定性。     

航空发动机真实机匣的包容性数值仿真

为研究某型航空发动机机匣的包容性,以该发动机三级机匣为对象,模拟真实叶片与真实机匣模型的撞击过程,分析发动机转子转速在最低速和最高速下该机匣的包容性.结果表明,在发动机转子达到最高速时机匣出现非包容事件,叶片与机匣撞击产生的部分碎片飞出机匣.对机匣外侧缠绕凯夫拉材料和钛合金材料时机匣的包容性进行仿真和比较,发现凯夫拉材料能很好地吸收部分撞击能量,避免内层机匣出现大的变形,而钛合金材料比凯夫拉材料具有更好的包容性.     

截锥形弹丸侵彻双层靶板的数值模拟研究

运用ANSYS／LS—DYNA模拟截锥形弹丸以低于靶板弹道极限的速度对由不同材料的厚薄靶板组成的双层金属靶板的正侵彻情况,并与2种材料同厚度的单层靶板进行比较。计算表明,双层靶板中,厚薄靶板的放置顺序对靶板整体的防护性能有很大的影响。当高强度的厚靶板放置在前,低强度的薄靶板放置在后时,靶板整体的防护性能低于厚薄靶板相反放置时的防护性能。但这2种靶板的防护性能均低于由高强度材料构成的同厚度的单层靶板。     

基于ANSYS/LS-DYNA的弹体侵彻钢板研究

弹体结构强度和引信强度的设计是弹体对硬目标的侵彻实验中需要研究的一个重要课题,然而通过侵彻的原型试验来进行设计耗费巨大;针对这个问题,在理论分析的基础上,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对侵彻过程进行模拟仿真,通过与实弹测试结果对比可知:仿真模型所得速度时间历程结果中的速度参数值与实弹测试时的遥测结果相近,而作为侵彻过程的重要的被测参数:加速度--时间曲线来说模拟所得加速度值与实测加速度信号值也相吻合,从而实现了可以在低成本的基础上为弹体的结构强度和引信强度的设计等提供设计依据.     

破片对飞机壁板冲击损伤仿真研究

文章基于飞机战伤抢修资源需求仿真模型,建立了离散杆破片在击穿条件下的毁伤仿真情形。主要通过ANSYS前处理器构建三维有限元毁伤模型得出K文件,利用ANSYs／LS-DYNA查看和分析其仿真结果,从而得出离散杆的速度和靶板厚度对毁伤效应的影响。通过计算机仿真分析结果和终点效应击穿条件下的靶板损伤预测数学模型,来进行对比分析飞机壁板的毁伤效应,得到了基本一致的数据结果,结论为战场飞机快速评估提供了科学依据,也为飞机平时修理提供了参考。     

弹丸侵彻靶板动能测试方法研究

弹丸动能是评价枪械毁伤能力的重要参数,现有动能测试主要采用动能公式进行间接测量,方法单一。从声发射技术的角度进行弹丸动能测试的研究,开展典型7.62 mm弹丸侵彻铝合金靶板的数值模拟研究,并获取声发射信号幅度和均方根(RMS);分别构建RMS和幅度值与动能的数学模型,其中构建的方程决定系数分别达到0.9936和0.9803;组建弹丸动能测试系统并实施弹丸侵彻动能试验,与铝箔靶测速试验对比分析结果表明:构建的RMS、幅度特征值和弹丸动能的数学模型具有合理的拟合精度,并且幅度参数表征弹丸动能的精度更高,两次试验测量误差分别达到12.7%和3.1%。所提出的声发射弹丸动能测试方法为弹丸动能直接测量提供了一种新概念解决方案。     

核电厂电气设备陶瓷部件受风生飞射物的冲击破坏

为研究沿海台风中的风生飞射物对核电厂电气设备的冲击破坏,以核电厂户外高压电气设备的陶瓷绝缘材料为研究对象,基于LS-DYNA和HyperMesh,分析陶瓷部件在小球和钢管打击下的破坏情况。结果表明：在受到钢管垂直打击时,陶瓷部件很容易发生破坏;在受到小球冲击时,陶瓷部件局部表面发生破坏。进一步计算得到小球对陶瓷部件的临界破坏冲击速度,可为后续设计和研究提供参考。     

基于ANSYS的霍普金森拉杆装置设计研究

分离式霍普金森拉杆(Split Hopkinson Tension Bar,SHTB)装置被广泛用于研究材料的动态抗拉力学性能,对SHTB来说,入射拉伸波的峰值大小、脉冲时长及脉冲升时等直接关系拉伸实验结果的准确性.目前尚无系统性地对入射拉伸波的产生尤其是实验装置中各部件的尺寸对入射波波形影响的研究.采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对SHTB实验装置中入射波产生过程的波形叠加、幅值等问题进行数值分析,为改进SHTB实验装置提供了设计依据.     

基于FLUENT的微型修正弹药气动特性仿真

研究微型修正弹药的的气动外形结构优化设计问题.由于传统的气动力参数计算方法,计算新型修正弹的气动力参数会造成大的误差,不利于弹道参数计算和飞行稳定性校核.针对上述问题,提出采用计算流体动力学软件Fluent对修正弹进行非结构化网格划分,利用密度基显式求解法,对修正弹在不同攻角、不同飞行马赫数下的气动力进行了仿真计算,得到了修正弹药的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数随飞行马赫数和攻角的变化规律,以及弹丸表面的压力分布和来流速度分布,并对仿真结果进行分析.结果表明,计算所得气动参数符合修正弹外弹道学规律,较好地模拟了弹丸跨音速时的飞行状态,可以为微型修正弹药的制导外形设计提供依据和参考.     

模型参数对射流侵彻半无限靶板的影响研究

研究聚能装药侵彻半无限靶板的数值模拟计算中,靶板有限元模型的轴向尺寸、径向尺寸以及网格边长对于仿真结果至关重要.为了找出合理的靶板模型尺寸和网格边长,应用动力学分析软件AUTODYN-2D,对口径56mm,半锥角30°的药型罩侵彻半无限靶扳进行了数值仿真,得到了侵彻深度,孔径和仿真计算时间与靶板有限元模型极限尺寸和模型网格边长的关系.结果分析发现,射流半径与网格边长的比例为5,靶板厚度与侵深比例为1.4,靶板半径与侵深比例为0.3比较合适.仿真结果可以为数值模拟和试验设计提供参考.     

飞行模拟器平台结构冲击响应有限元仿真

应用ANSYS-LS/DYNA软件跌落冲击模块对飞行模拟器平台结构冲击响应进行了有限元仿真.论述了跌落冲击瞬态分析主要参数设置方法,通过设置跌落高度为零、直接给定初速度方法来模拟平台垂直向下运动紧急制动产生的冲击响应.仿真结果表明,平台结构可以承受极小速度制动冲击,欲提高平台冲击强度,必须专门为其设计弹性和阻尼元件;对平台结构修改后的冲击响应应力分布特点亦进行了仿真分析,给出其改进方向.分析方法和仿真结果可用于新型平台设计.