尾翼稳定脱壳穿甲弹脱壳动力学过程的三维数值模拟

尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS)的脱壳过程对其飞行稳定性与效能具有非常重要的作用。为了描述脱壳过程中卡瓣与弹体之间的气动干扰以及卡瓣相对弹体分离的六自由度（6DOF）运动轨迹,基于流体力学控制方程与外弹道6DOF运动方程,利用动网格技术,对尾翼稳定脱壳穿甲弹弹托在气动力和重力作用下相对弹体分离的三维流场进行了数值模拟,得到了不同分离阶段的流场特性与各卡瓣、弹体气动系数随时间的变化曲线,揭示了弹托分离过程中,卡瓣与弹体之间的激波与气流在不同分离阶段的相互作用过程。耦合6DOF方程计算了各卡瓣的运动轨迹与相应的气动参数,计算结果与文献［15］实验结果相符,表明数值模拟空气动力学与飞行力学相互耦合的控制方程是一种研究尾翼稳定脱壳穿甲弹脱壳动力学过程的新方法。     

APFSDS脱壳机械干扰研究

分析了APFSDS脱壳过程中机械作用规律，建立了卡瓣和弹体间机械作用的力学模型。通过计算表明，采用此计算方法能为APFSDS脱壳动力学研究和弹丸强度设计提供一定参考。     

长杆穿甲弹发射时弹体应力场动态有限元分析

应用弹塑性有限元方法,对尾翼稳定的脱壳穿甲弹的弹芯和弹托的组合体建立了较为切合实际的模型,借助于DYNA-2D动态有限元程序的弹丸发射过程中弹体内部的应力时间历程及其分布进行了有效计算,并对不同载荷作用下弹体内部受力的差异进行了分析,确定了弹体在发射过程中的危险区域。     

混合型APFSDS碰撞模型与数值模拟

建立了混合型脱壳弹第二时期卡瓣，膛壁碰撞模型，通过数值模拟，分析了碰撞过程对弹体，卡瓣以及后继脱壳运动的影响。     

着靶攻角对尾翼稳定脱壳穿甲弹侵彻性能的影响

为研究着靶攻角对尾翼稳定脱壳穿甲弹侵彻性能的影响,利用非线性动力学分析软件对脱壳穿甲弹高速斜侵彻匀质钢靶进行数值模拟,验证了脱壳穿甲弹斜侵彻半无限靶板不同阶段的作用过程。理论计算和数值模拟表明:脱壳穿甲弹以非零攻角侵彻靶板时,开坑阶段压力降低少;着靶攻角为正时,弹体向有利于穿透的一侧偏转;攻角δ等于+2°左右时,穿甲效果最佳。     

钨铀合金脱壳穿甲弹的应力分析

本文应用弹性有限元法,对尾翼稳定脱壳穿甲弹弹丸组合体建立了比较可靠的计算模型。使用ASKA通用有限元程序,对弹丸发射时不同弹体材料的组合模型的位移和应力分布以及齿部载荷沿轴向的分布分别进行了计算。分析了钨合金和铀合金两种材料的不同性能对弹丸膛内受力的不同影响,提出了两者通用弹托时存在的问题。并结合产品的研制,分析指出了引起断弹的原因。     

尾翼稳定脱壳穿甲弹发射过程振动分析

根据尾翼稳定脱壳穿甲弹的几何形状特点 ,建立了尾翼稳定脱壳穿甲弹三维振动分析有限元计算模型 .计算分析了某工程尾翼稳定脱壳穿甲弹的振动固有频率特性 ,得到了各阶振动的固有频率及相应振型 ;数值模拟了弹丸系统在共振条件下的振动响应 ;讨论分析了尾翼稳定脱壳穿甲弹振动特性对弹丸系统发射安全性的影响 ,为尾翼稳定脱壳穿甲弹的设计和事故分析提供一种工程方法     

大长径比脱壳穿甲弹飞行时的横向振动

研究了大长径比脱壳穿甲弹飞行时的振动情况 ,给出了弹体在任意初始条件下的振动位移表达式 ,最后对三种不同长径比的尾翼稳定脱壳穿甲弹在后效期的振动情况进行了计算 ,并对结果做了分析和讨论     

大长径比脱壳穿甲弹飞行是地的横向振动

研究了大长径比脱壳穿甲弹飞行时的振动情况，给出了弹体在任意初始条件下的振动位移表达式，最后对三种不同长径比的尾翼稳定脱壳穿甲弹在后效期的振动情况进行了计算，并对结果做了分析和讨论。     

小口径尾翼脱壳弹外弹道优化设计

对小口径尾翼脱壳穿甲弹结构参数在飞行弹道上对空气动力特性、外弹道特性的相互影响作了分析，建立了飞行弹道上对主要结构参数进行气动力、外弹道一体化优化设计的数学模型，利用空气动力与外弹道数值计算和最优化方法进行求解。通过对某小口径火炮尾翼脱壳穿甲弹优化设计应用表明，优化设计后的脱壳穿甲弹主要性能优良，优化设计收到了很好的效果。     

弹形变化对超音速下弹丸气动特性的影响

通过建立小口径弹丸三维模型,采用混合网格划分方法,运用工程流体软件进行了弹丸外流场数值仿真,并对仿真计算的准确性进行了验证。以某5.8 mm枪弹为基础,改变弹丸外形,弧形部和尾锥部尺寸,计算得到弹丸超音速飞行状态下不同气动力参数,研究弹形变化对其气动特性的影响规律,结果表明：弹形各部分尺寸变化对气动力影响不同,弧形部较尾锥部影响更加明显,而尾锥长度比尾锥角的影响更大。     

杆形头部弹气动性能实验研究:弹体的气动性能

本文为了着重分析弹体的气动特性,固定了杆形头部的几何外形。本文研究的弹体为倒截锥加圆柱和圆柱体两种。实验马赫数从1.53至4.0。给出了前阻、法向力及压心随马赫数或几何参数的变化曲线。通过实验数据及流场分析表明,气流经弹体钝面边缘产生的离心力及弹体表面上的旋涡流场决定了杆形头部弹的弹体气动性能明显地不同于流线型头部弹的弹体气动性能。     

弹丸外弹道及引信活击体爬行力数值仿真

针对惯性触发引信设计过程中引信零件爬行力计算问题,分析了引信及弹丸在外弹道飞行时的受力情况,运用计算流体力学软件（FLUENT）对弹丸空气动力进行了仿真分析,得到了弹丸在外弹道飞行的阻力和翻转力矩。再由虚拟样机软件（ADAMS）对弹丸整个飞行过程进行模拟计算,得到弹丸在整个外弹道的稳定性情况、飞行轨迹和引信活击体受到的爬行力。所得结果和分析对弹丸外弹道分析及引信惯性触发机构的设计和研究具有一定参考意义。     

固定鸭舵双旋火箭弹超声速侧向气动特性

为研究加装了固定鸭舵修正组件的双旋火箭弹的气动特性,采用ANSYS Fluent软件计算弹体周围流场,采用滑移网格方法模拟弹箭旋转运动,在验证数值方法的基础上,对超声速下无鸭舵、鸭舵修正组件不旋和鸭舵修正组件反旋3种状态的双旋火箭弹进行数值模拟,重点分析了鸭舵修正组件对全弹和部件侧向力的影响。计算结果表明:加装鸭舵修正组件后,全弹阻力系数和法向力系数增加,侧向力系数随攻角大幅增加; 弹体侧向力受鸭舵的影响最大,也是全弹侧向力的主要组成部分,尾翼次之,修正组件产生的侧向力最小; 加装修正组件后,鸭舵尾涡与弹体体涡相互干扰是弹体和尾翼侧向力增加的主要原因。     

Tc复合弹对陶瓷/A3钢复合靶穿甲效应的试验研究

为提高弹丸对陶瓷复合装甲的侵彻威力,在30 mm制式弹弹头部采用增韧Tc材料,并与制式弹进行对比。采用DOP试验方法,结合冲击动力学理论和陶瓷材料特性,研究了2种不同结构弹丸对陶瓷/A3钢复合靶的穿甲效应,重点分析对比弹头材料、结构对陶瓷/A3钢复合靶的穿甲效应的影响。在相同条件下,对制式弹和Tc复合弹对A3钢板的侵彻孔径、深度,以及侵彻后弹芯剩余质量进行了对比分析。采用ANSYS/LS-DYNA进行模拟仿真,模拟结果与试验结果基本吻合,结合仿真结果,从弹芯剩余质量上对弹丸的侵彻能力进一步分析,Tc复合弹对弹芯保护的效果明显,为陶瓷材料应用于其他战斗部提供依据。     

跨声速运动对射弹阻力及空化特性的影响

为研究在跨声速运动过程中超空泡射弹的流体动力特性和流场的空化情况,基于流体体积分数多相流模型、Schnerr-Sauer 空化模型、Realizable k-ε湍流模型、Tait液体状态方程和运动框架模型构建了可压缩超空化流场的数值模型,通过与文献\[11\]试验结果进行对比,完成模型验证,采用数值方法模拟在马赫数为0.202~1.281速度范围内射弹的外流场。研究结果显示：跨声速运动过程中超空泡射弹的阻力系数与流场驻点的密度峰值有关,随速度的升高而显著增大;激波对弹体附近超空泡的形态和尺度有显著的影响,亚声速工况下超空泡尺寸与理论值接近并且受速度的影响很小,超声速工况下超空泡的尺寸随速度的增加而大幅度减小。研究结果对超空泡射弹的外形设计和弹道预报有参考价值。     

弹道枪水下全淹没式发射膛口流场演化特性的数值模拟研究

为了解弹道枪水下全淹没式发射膛口流场的演化特性,搭建水下射击实验平台,运用直接摄影法捕捉其膛口流场演变的全过程。实验发现：在弹头出膛前,弹前水柱已经在膛口空化产生水蒸汽;弹头出膛后,膛内燃气流出并与水蒸汽掺混,将弹头包裹;弹头远离膛口后,燃气射流继续膨胀,头部呈锥形;弹头表面不断空化产生水蒸汽,形成超空泡,同时在弹头尾部会留下细长的气柱。在实验基础上建立二维多相流模型,采用流体体积函数多相流模型和标准k-ε湍流模型,结合动网格及用户自定义函数技术,对实验工况进行数值模拟。结果表明：弹道枪水下全淹没式发射时,高度欠膨胀的火药燃气出膛口后,形成了包含两个瓶状激波的复杂波系结构;弹头出膛后,在膛口流场区域内不断加速,随着弹头远离膛口流场区域,弹头速度不断衰减。     

TC复合弹对多层A3钢靶穿甲效应的试验与仿真

为提高弹丸的侵彻威力,在30 mm制式弹弹头部采用增韧TC材料,并与制式弹进行对比,采用DOP试验方法,对2种不同结构弹丸侵彻多层A3钢靶的试验结果进行分析研究。运用冲击动力学理论公式,计算TC复合弹和制式弹在冲击接触钢板瞬间的冲击压力并进行对比。重点分析对比弹头结构、材料对多层A3钢靶的穿甲效应的影响。在相同条件下,对制式弹和TC复合弹对A3钢板的侵彻深度、孔径,以及侵彻后弹芯剩余质量进行了对比分析。运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对侵彻过程进行模拟仿真,并与试验结果对比。结合数值模拟的结果,分别从余速和弹芯剩余质量上进一步分析TC复合弹的侵彻能力。结果表明,TC弹头对弹芯的保护效果明显,为陶瓷材料应用于其他战斗部提供了依据。     

狙击弹穿透玻璃后的偏转特性研究

针对狙击手隔着玻璃准确击中目标的问题,对狙击弹穿透玻璃的弹道进行数值模拟。以7.62 mm 狙击子 弹为研究对象,运用ANSYS/LS-DYNA 软件建立有限元模型,分析不同入射角下是否有攻角、转速对穿透玻璃后子 弹偏转的影响,得出不同组合下的影响规律。仿真结果表明：入射角越大,穿透玻璃后子弹偏转距离就越大;有攻 角时,狙击弹穿透玻璃飞行距离越远,偏转距离越大;转速对穿障后子弹偏转距离的影响较小。