一种榴弹发射器引信弹道炸外弹道原因分析

针对一种榴弹发射器引信生产验收试验在落点上空发生弹道炸的问题,在通过故障分析和质量排查基本上排除引信自身质量问题可能的前提下,提出了从外弹道特性角度分析弹道炸各影响因素的研究方法。该方法是利用FLUENT仿真得到弹丸阻力系数、极阻尼力矩系数,在此基础上解算外弹道,得到了各种影响因素条件下的弹丸外弹道诸元,包括弹丸射程和转速。研究结果表明,弹丸初速漂移是影响弹丸转速衰减规律变化进而引起引信弹道炸的主要因素,而其他因素如头部风帽变形、引信扳手孔大小、弹带尺寸误差、头部端面圆角变化的影响都可以排除;引信自毁临界转速接近落点转速会有利于发火,但如若控制不当,将导致引信在接近落点空中发生弹道炸。     

155mm固定翼双旋弹二维弹道修正引信的翼面转速特性及修正能力研究

二维弹道修正引信实现弹道修正的前提是对头部翼面部分转速进行控制。基于155 mm 固定翼双旋弹二维弹道修正引信平台,分别对双旋环境下弹体和翼面的转速特性进行了分析。建立翼面作用下双旋弹丸运动模型,采用计算流体力学软件对二维弹道修正引信进行数值模拟,计算得到了翼面各项气动力参数;通过对二维弹道修正滚转通道动力学方程展开分析,以弹丸和头部翼面部分转动惯量为基础,综合分析了翼面转动惯量、摩擦力矩、翼面滚转阻尼力矩和翼面导转力矩对全弹道转速、落点、横向偏差、攻角的影响;在转速控制基础上对155 mm 固定翼二维弹道修正引信修正能力进行了评估。研究结果表明：二维弹道修正引信导转翼面角度取5.0°~5.5°、修正翼面角度取8°~9°时可以满足控制所需的平衡转速和修正能力要求;双旋转速仿真结果可以反映弹道修正引信、精确制导组件等双旋弹丸的转速特性,为此类双旋弹丸翼面部分设计提供了理论依据。     

镀层对引信弹簧抗力的影响

为了揭示镀层对引信弹簧抗力的影响,利用理论推导和有限元法分析了镀层材料及厚度与引信弹簧抗力的关系,并对两种方法的计算结果进行对比,最后通过实验进行验证。结果表明：对于同一种镀层材料,镀层厚度是影响引信弹簧抗力的主要因素;对于不同种镀层材料,镀层材料的屈服强度是影响弹簧抗力的主要因素。该结果说明选用合适的镀层材料及厚度对控制引信弹簧抗力非常重要。     

基于平衡力矩法的二维弹道修正引信摩擦力矩测试方法

针对目前文献未披露二维弹道修正引信摩擦力矩测试方法,仅是在选取的特定条件下对轴承摩擦力矩进行测试,不能满足轴承在二维弹道修正引信中作用时高过载、高转速的工况要求,无法得到轴承在二维弹道修正引信全寿命周期摩擦力矩值的问题,提出了基于平衡力矩法的二维弹道修正引信摩擦力矩测试方法。该方法考虑了轴承装配、高转速和高过载对摩擦力矩的影响,将轴承装配在二维弹道修正引信中,使用马歇特锤和高速转台分别模拟引信高过载和高转速的环境,通过所设计的装置实现摩擦力矩测试。试验验证表明,该方法可有效测得不同转速、经受轴向和径向高过载后二维弹道修正引信摩擦力矩值,测试操作性强,测量条件范围广。由数据分析可知转速和径向过载对二维弹道修正引信摩擦力矩值影响较大,轴向过载对摩擦力矩值影响并不明显。与理论计算值相比,结果更加符合实际,接近真实值。     

基于泰勒公式的弹道修正力分段计算方法

由于高速旋转弹弹道方程本身的复杂性,加上修正力的大小、方向和作用点将影响弹丸的旋转运动特性,修正时可能出现弹丸绕质心剧烈运动,使得通过解算弹道确定修正力比较困难.为此提出基于泰勒公式的弹道修正引信实际弹道快速计算模型,输入量未弹载测量系统实时测量弹丸在弹道坐标系中的三个分速度及转速,同时为确保修正力计算的准确性,提出将弹道降弧段分段,分别计算各段所需的修正力.通过分段计算鸭舵机构修正力及其误差分析说明本方法可行,并且计算公式均为解析式,不需迭代计算微分方程,计算速度高.     

引信惯性发火机构离心弹道保险技术

针对旋转弹引信外弹道环境力逐渐衰减的基本特征,对引信惯性发火机构传统的弹道保险技术在保险能力、惯性灵敏度、弹道环境力等进行了比对,提出利用离心环境实现引信惯性发火机构弹道保险功能的结构形式,并进行了简要分析与对比。离心弹道保险的能力随外弹道延伸逐渐减弱,与外弹道上的环境力变化规律相近,外弹道全程的保险能力与弹道环境力同步降低,具有近距离安全性好、远距离灵敏度高的技术特征。离心弹道保险技术可以有效抑制弹丸扰动引起惯性体在外弹道上的活动度,提高旋转弹引信的弹道安全性;触及目标时弹体转速骤降,对引信的惯性发火灵敏度有利。     

旋转稳定弹弹道修正引信减旋装置研究

对旋转稳定弹弹道修正引信的减旋技术进行了探索性研究,提出并建立了七自由度外弹道模型,通过计算和分析表明：采用减旋翼减旋,通过轴承连接引信和弹丸的减旋装置不仅可以使弹道修正引信减旋,而且可以使弹道修正引信在弹道飞行过程中逐步达到较低的平衡转速,为二维弹道修正引信正常工作创造了良好的条件,并且验证了带减旋装置的弹道修正弹满足飞行稳定性要求。     

基于自适应互补滤波的滚转角测量算法

针对二维弹道修正引信采用多传感器信息融合的滚转角测量存在精度不足等问题,提出了基于自适应互补滤波的滚转角测量算法。该方法采用互补滤波器对速率陀螺仪、磁强计信息进行了融合,针对引信在出炮口时刻高速旋转,卫星对准时刻的滚转减旋以及弹道修正时刻的滚转角稳定等不同弹道特征点处的干扰特性,设计了参数自适应调整的互补滤波器,能够有效克服传统互补滤波器无法适应引信的整个工作场景的困难。理论分析及仿真结果表明,该算法能够有效补偿高速旋转带来的滤波器延时误差、陀螺零偏漂移以及舵机高速运动引入的磁场干扰等,能够在存在干扰的情况下较传统固定系数互补滤波器滚转角测量精度提升2～3倍,具有更强的环境适应性和工程可实现性。     

基于有限元仿真的引信末弹道适应性研究

针对引信弹道适应性问题,以美军“战斧”对地攻击巡航导弹为例,采用有限元仿真和数值计算相结合 的方式,研究导弹末端弹道意外触地、落水2 种极限工况下引信的弹道适应性问题。研究结果表明：意外触地条件 下,引信感受到的过载较大,能可靠起爆战斗部;意外落水条件下,引信感受到的过载较小,存在不能起爆战斗部 的可能;该研究方法可供引信设计和生产单位借鉴。     

侵彻土壤时的引信离心销反恢复机构正确性仿真方法

针对弹丸侵彻土壤时无法判断引信离心销反恢复机构能否正确作用,提出了判断侵彻土壤时引信离心销反恢复机构正确性的仿真方法。该方法通过比较仿真得到的弹丸侵彻土壤时离心销反恢复机构的临界转速与对应速度下弹道转速的大小来判定其能否正确作用。仿真结果及试验验证表明,离心销反恢复机构临界转速都小于同速度下的弹道转速,即弹丸侵彻土壤过程中该型离心销反恢复机构能可靠作用,与实验结果一致,该方法可行。另外,由分析得到着角在中间某一角度范围内的侵彻环境对离心销反恢复机构的工作可靠性影响较大;着地转速越小,侵彻环境对离心销反恢复机构的可靠性影响越大;着地速度越大,侵彻环境对离心销反恢复机构的可靠性影响也越大。     

基于流-固-热耦合的超声速弹箭尾翼强度分析

为评估超声速飞行时弹箭尾翼的安全性,结合弹道曲线,计算了某型火箭弹在不同马赫数下飞行时的稳态外流场,并研究了2 s内的瞬态传热。根据传热计算的结果调整了材料的力学性能参数,进而计算了在不同飞行马赫数下,弹箭尾翼受空气动力作用产生的总变形和等效应力。结果表明:弹箭以高马赫数飞行时,前缘翼尖温度最高,且高温由该位置向内部迅速传递,马赫数越大,升温越剧烈,导致翼片前缘出现烧蚀,因此高速飞行的弹箭应对尾翼等结构进行热防护处理。高温会使材料性能下降,在气动热和气动压力共同作用下,翼片会产生较大变形,且应力可能超过许用应力。最大变形量出现在前缘翼尖,最大应力出现在翼根靠近前缘处,且都随飞行马赫数增加而增大。     

枪弹冲击防弹头盔致头部非贯穿性损伤的数值模拟研究

新型防弹头盔虽能对头部提供良好的保护,但也常引起颅骨骨折与脑损伤。防弹头盔在高速弹体冲击下引起的头部非贯穿性损伤的机理难以理解,目前还缺少相应的参数与测试方法对该类损伤进行有效评估。利用已建立及通过验证的人体头部生物力学模型与防弹头盔有限元模型, 并通过加载手枪弹以386 m/s的速度冲击防弹头盔的仿真研究,获得头盔非贯穿下人体头部的生物力学响应。仿真结果表明,头盔通过背面变形接触头部易引起颅骨骨折与高颅内压力。对比分析了有无衬垫泡沫及6 mm和12 mm泡沫内饰衬垫厚度对头部损伤的影响：有泡沫作用下的颅内压力峰值降低20.6%,头盔的背面变形量减少约10%;6 mm厚衬垫泡沫作用下颅骨出现骨折,12 mm厚衬垫泡沫作用下颅内压力峰值减少50%,头盔的背面变形减少10%.     

弹道导弹诸元计算中方位角初值的精确确定

方位角初值的确定对诸元计算的快速性有很大的影响.讨论了3种初值确定方法:不考虑地球旋转的初值确定,考虑地球旋转的初值确定和考虑主动段弹道变形的初值确定.其中考虑主动段弹道变形的初值确定方法是在对弹道特性分析的基础上首次提出的.通过算例分析,考虑主动段弹道变形的方位角初值在所有情况下都能给出较好的估计.     

轻型陶瓷/金属复合装甲抗弹机理研究

为探讨轻型陶瓷复合装甲抗弹机理,采用弹道冲击试验研究了高速破片冲击下轻型陶瓷/金属复合装甲的冲击响应,对弹体、陶瓷面板及金属背板的破坏现象进行了物理描述和唯象分析,指出了陶瓷面板和金属背板的破坏模式,分析了陶瓷/金属复合装甲的弹道吸能机理及抗弹性能。结果表明,锥形碎裂是陶瓷面板的主要破坏模式,其宏观裂纹主要有：径向、环向及与初始表面法线方向约65°夹角向外扩展的锥形裂纹;此外还会形成与背表面法线间的夹角约为65°的倒锥形断裂面。背板的变形范围、破坏程度及破坏模式均与船用钢靶板有较大区别,当弹速低于靶板弹道极限时,背板变形模式为隆起-碟型变形,当弹速大于靶板弹道极限时,随着陶瓷面板相对厚度的增加,金属背板的破坏失效模式有：剪切冲塞失效、碟型变形-剪切-花瓣型失效、碟型变形-花瓣型失效;弹体动能主要耗散在弹体和背板的破坏与变形;弹道极限速度附近,弹体和金属背板破坏吸能量会由于陶瓷面板的相对厚度不同而不同,但他们的总吸能量可占弹体初始冲击动能的90%以上,而陶瓷面板碎裂及反冲击方向喷射的动能小于弹体初始冲击动能的10%。     

跨介质航行器高速入水冲击载荷特性

跨介质航行器组合了导弹与超空泡武器的优势,比导弹的末段突防能力强,同时弥补了超空泡武器航程不足的缺点,是未来反舰武器的重要发展方向。跨介质航行器高速入水冲击载荷特性及其降载方法是跨介质航行器研发中的关键技术之一。建立跨介质航行器高速入水多相流场与弹道耦合仿真模型,进行模型验证与校核。对典型工况下的跨介质航行器高速入水过程冲击载荷特性进行仿真,并对不同速度下的高速入水过程弹道参数进行对比。结果表明：预置舵角引起的尾拍运动产生周期性的法向过载,达到轴向过载的2.7倍左右;法向力主要由振荡攻角引起的位置力构成,惯性力很小,可以忽略;入水速度的增大引起尾拍频率加快,攻角振荡幅度降低,入水速度对法向冲击力系数影响很小。     

高速旋转固体火箭发动机的动态燃速特性研究

通过对试验数据的分析和处理研究了高速旋转对发动机最大推力、最大压强的影响,以及在高速旋转条件下喷管等效喉部面积的减小规律,运用零维内弹道计算模型拟合出了动态燃速随装药燃面相对半径和转速变化的经验公式.计算结果表明,高转速下等效喉部面积大幅度减小,动态燃速经验公式能够定性反映高速旋转引起的推进剂燃速增大效应.     

低速旋转尾翼式弹箭气动特性数值研究

为了研究低速旋转对尾翼式弹箭气动特性的影响,采用三维非定常N-S方程并结合滑移网格技术,在小攻角和全马赫数下,对某尾翼弹在低转速状态下的绕流流场进行了数值模拟。以美国陆-海军动导数计算标模验证该文算法的有效性。结果表明该方法有较高的精确度。由不同马赫数、转速和滚转角条件下的计算结果发现:纵向气动特性(即升力、阻力、俯仰力矩)不随转速而变化,平均滚转力矩系数和转速为定比例关系,平均马格努斯力系数随转速呈非线性变化,瞬时马格努斯力系数随滚转角呈正弦变化。     

某炮身长后坐式自动炮后坐力研究

炮身长后坐式自动炮的后坐力大小直接影响摇架和托架的可靠性设计。通过内弹道计算,分析了低温、常温、高温情况下内弹道特性,建立了自动炮虚拟样机。应用Adams软件对自动炮进行射击运动循环的动力学分析,比较了不同环境温度、不同射角的后坐特性,分析了后坐质量对自动炮循环及后坐阻力的影响,降低了自动炮的最大后坐力。     

弹丸外弹道试验装置运动控制系统

针对线膛火炮旋转弹丸外弹道受力情况试验需求,设计一种弹丸外弹道试验装置运动控制系统.以倍福CX5130运动控制器作为主控制器,通过控制该试验装置的运动带动弹丸的自转和摆动,实现旋转弹丸的外弹道运动模拟功能.结果表明:该系统能达到预期设计目标,并已在实际使用中得到验证.     

固体火箭发动机高速旋转试验研究

高速旋转对固体火箭发动机工作性能的影响是多方面的,处于高速旋转环境中的增程固体火箭发动机工作性能预估方法是底排-火箭复合增程弹的关键技术之一.用试验的方法研究了高速旋转效应,结果表明,高速旋转将大大加快双基推进剂的燃速,不仅使推力的数值成倍增加,而且推力-时间曲线的变化规律也发生了相当大的改变.