炸药装药发射安全性模拟试验方法研究

介绍了炸药装药发射安全性模拟试验方法的研究概况,论述了膛压冲击试验装置和落锤冲击试验装置的设计原理、结构特点和试验方法.试验结果表明,膛压冲击试验装置能够模拟火炮膛压变化过程,炸药装药的受力过程接近发射实际情况;落锤冲击试验装置能够近似模拟膛压曲线,但其曲线的重复性好.2种模拟试验装置各有特点,都能模拟膛内发射的主要力学过程.试验者可根据研究需要来选定不同的模拟装置.     

发射药床挤压破碎的试验模拟

发射药床挤压破碎的物理仿真是火炮发射装药发射安全性研射药床挤压破碎物理仿真试验装置.用半密闭爆发器作为压缩动力源,其可控性使该装置能物理仿真各种火炮发射装药弹底药床点燃前所处的力学环境.用温度远远低于火药气体的惰性气体压缩被模拟的药床,既保证了物理仿真的真实性,又有效保护了挤压破碎后的药粒不被点燃.多次试验再现了膛内发射药床的力学环境和挤压破碎状况.该装置可用于研究发射药床的挤压破碎规律.该试验装置工作可靠,可操作性好,解决了发射装药发射安全性研究的一个关键问题.     

弹底总压PVDF 传感器

为了测试发射环境下大口径火炮弹底发射装药的挤压应力和挤压破碎过程,设计某型大口径火炮弹底发射装药挤压应力PVDF传感器。基于PVDF压电薄膜,设计了新型弹底总压PVDF传感器;应用发射装药动态挤压破碎试验装置,进行了该新型弹底传感器标定试验;应用该PVDF传感器测试获得了弹底发射装药挤压应力,试验验证了弹底挤压应力PVDF传感器的可行性。试验结果表明:该新型传感器具有灵敏度高、价格低、性能可靠、能大面积测试的优点,为发射装药发射安全性研究提供了新的测试手段。     

埋头弹随行装药内弹道性能的数值分析

为研究埋头弹火炮的更优性能,基于2次点火及火药程序燃烧控制技术,建立了埋头弹固体随行装药内弹道零维模型。针对某埋头式榴弹的试验结果进行了数值模拟,获得的初速、膛压变化规律与实测结果相吻合。在此基础上,数值分析了加载随行装药后多参数变化对埋头弹火炮内弹道性能的影响。结果表明,在最大膛压不变的条件下,随行装药可提高炮口初速6%; 随行装药量、燃速系数及点火延迟时间三者合理优化匹配,才能实现最佳的内弹道性能。     

高速旋转弹丸炸药装药在膛内运动中底层温度的数值模拟

针对装填压装药柱的高速旋转弹丸发射安全性问题,基于摩擦产热-热传导-升温理论,建立弹丸炸药装药在膛内运动过程中因摩擦引起的温度变化计算模型。以某大口径高速旋转弹丸出膛后掉弹事故为计算实例,采用通用仿真分析软件LS-DYNA数值模拟该弹丸在膛内运动全过程,获取装药底面压力和装药与弹体相对角速度随时间变化规律,并结合MATLAB软件获取其具体函数形式,最终计算得到装药在膛内运动过程中的温度变化。计算结果表明：环境温度为50 ℃时,膛内炸药装药与弹体发生显著相对转动,在装药底面发生强摩擦、产生大量热量,向装药热传导后致使底层炸药升温,温度最高达302.3 ℃,远高于炸药热分解温度;热点将在装药表面大量产生,并在弹体内密闭空间快速成长,最终引发装药燃爆,造成掉弹事故;所提计算方法可为该类弹丸炸药装药结构设计和工艺改进提供理论参考。     

大口径火炮发射装药点传火模拟试验装置的研究

设计了一种大口径火炮发射装药点传火系统的模拟试验装置，用于测定大口径火炮装药点传火实体的燃烧特性。通过在该模拟试验装置上进行不同点传火结构方案的试验研究，筛选优化出点传火结构方案，进行了装药内弹道验证试验，测得膛压曲线光滑，压差曲线呈衰减状。实验说明该模拟装置，可以对不同点传火结构方案进行对比、筛选，为大口径火炮装药点传火结构设计以及火炮射击试验初期的安全评估，具有指导作用。     

炸药装药发射安全性新判据

用小型后坐冲击模拟实验装置对５种常用炸药装药进行了在模拟发射条件下安全性的实验研究，提出了用炸药装药所承受的机械功率－点火阈值函数作为炸药装药发射安全性的判据。并按此判据和实验结果给出了这５种炸药在１．５ｍｍ气隙条件下的发射安全性顺序。     

浇注炸药PBX-1侵彻安定性试验与数值模拟

为了研究浇注型高聚物黏结炸药(PBX?1)在侵彻过程中的安定性,开展155 mm火炮发射平头试验弹侵彻混凝土靶板试验,获得了该试验条件下装药安定的临界侵彻速度约为490 m·s^-1。基于黏弹性统计裂纹(Visco?SCRAM)模型,采用流固耦合方法模拟了安定性试验中装药的力学响应,计算了装药黏弹性变形和宏观裂纹损伤导致的温升。数值模拟结果与试验结果相一致,试验弹弹体侵彻后无明显的变形和破坏,但浇注PBX炸药在侵彻过载下发生大变形流动,部分装药从尾部缝隙挤出并发生了局部点火反应;侵彻过程中装药尾部会与药室底部发生高速碰撞,形成局部高压区,最高压力超过500 MPa,装药尾部变形和损伤严重,装药尾部在碰撞和挤出时,温度会急剧升高,从而导致意外点火。     

埋头弹火炮内弹道及装药分析

埋头弹火炮内弹道发射与常规弹道发射明显不同之处是,弹丸是在点火药产生的气体推动下嵌入膛线,而且行程比较长.为使内弹道发射的稳定性提供保证对其装药设计进行深入研究,为工程应用提供理论指导.通过软件计算和试验的结果对影响内弹道的因素进行分析,并对弹丸嵌入过程进行研究.该装药结构设计合理可靠,该程序能够用来指导同类装药结构设计.     

多参数变化对埋头弹火炮内弹道性能的影响

为了给埋头弹内弹道设计提供理论依据,研究了埋头弹装填参数变化对内弹道过程的影响。基于两次点火及火药程序燃烧控制技术,开展了35mm埋头弹火炮内弹道性能试验,并建立埋头弹两次点火的内弹道理论模型,计算值与实测值吻合较好。在此基础上,分析了主装药装药量、弹丸质量、药室容积、火药力等参数变化对埋头弹火炮内弹道性能的影响,研究结果对指导埋头弹火炮内弹道设计有一定的参考价值。     

发射载荷下炸药装药密度对炸药应力和温度的影响

为确定发射载荷下炸药装药密度对装药应力和温度的影响程度,采用LS-DYNA热固耦合分析方法对弹丸膛内发射过程进行了数值模拟,研究了在炸药装药密度均匀和径向不均匀2种情况下装药应力（轴向应力、最大剪应力）和装药温度对发射载荷的响应,为弹丸发射过程中装药密度不均匀对发射安全性的影响提供参考。研究结果表明：装药密度径向不均匀较密度均匀时,装药的轴向应力最大值基本一致,温度最大值减小了0.8%,剪应力最大值增加了10.2%。由于装药密度的径向不均匀,发射载荷下装药内部有明显的剪切作用。     

2 种方式装药弹丸侵彻混凝土的安全性仿真

为获得弹丸炸药装药动态响应规律,以某型号舰炮为原型,利用LS-DYNA进行原比例建模.构建圆柱形和圆台形2种装药方式的弹丸模型,对其侵彻混凝土靶板过程进行仿真,获得炸药装药应力曲线及炸药爆轰后的压力曲线.结果表明:圆柱形装药弹丸未完全穿透靶板,发生早炸;圆台形装药弹丸完全穿透靶板,未发生爆轰;圆台形装药方式可有效减小侵彻时装药与弹壳相互碰撞的机率,提高侵彻安全性.     

未爆弹弹丸装药稳定燃烧仿真研究

针对金属熔流销毁未爆弹过程中未爆弹弹丸主装炸药易发生爆轰,对人员安全造成巨大威胁的问题,基于燃烧转爆轰的机理,提出作业中控制弹丸装药稳定燃烧的方法。构建计算模型,以某型迫击炮弹为例进行实例仿真计算,并分析生成曲线。结果表明熔孔直径越大,销毁未爆弹时发生爆轰的概率越小,该迫击炮弹最小熔孔直径为12.2mm。     

熔铸装药过程缩孔缩松的预测及工艺优化

为研究熔铸工艺对药柱质量的影响,采用数值模拟方法预测了熔铸装药过程中药柱内缩孔、缩松的形成情况。模拟不同浇注温度下缩孔、缩松的大小,分析其形成原因,模拟弹体下部水冷+冒口弹体上部预热保温法对药柱缩孔、缩松的消除效果。结果表明:能够保证液体炸药充满药室的最低浇注温度为最佳,弹体下部水冷+冒口弹体上部预热保温法可以有效减少缩孔、缩松;当预热温度为80℃,能够完全消除药柱内的宏观缩孔、缩松缺陷。     

高过载条件下弹丸材料所受应力的数值仿真

弹丸在发射过程中承受着复杂的载荷,这些载荷很难计算得出数值解析解。通常采用数值模拟法去仿真弹丸的发射过程,利用计算机模拟弹丸所受到的各种载荷。弹丸所受到的载荷简化为轴向载荷、径向载荷和环向载荷,并仿真模拟弹丸的初速度与实际的测试速度相一致。得出各个时刻弹丸各部分的应力值,依据材料的力学特性便可以对弹丸各部分进行强度校核,为弹丸设计工作中材料的选择提供理论依据。     

LEFP对带壳装药冲击起爆过程的数值模拟与试验

利用圆缺型药型罩形成线性爆炸成型侵彻体(LEFP),研究其对带壳装药战斗部的冲击起爆特性。采用端点起爆方式形成LEFP对直径82mm的聚能战斗部进行动态拦截撞击试验。利用高速摄影观察到战斗部结构失效的过程。采用ANSYS/LS-DYNA仿真软件,建立LEFP冲击起爆带壳装药的数值仿真模型。对LEFP的成型过程、不同炸高以及不同起爆方式条件下拦截撞击带壳装药的过程进行仿真分析。结果表明,测得带壳装药均被引爆,中心线起爆的炸药平均压力峰值为端点起爆的1.17倍。LEFP具有作为装甲车辆主动防护系统或其他防空反导技术毁伤元的可行性。     

一种高速破片加速装置设计研究

针对研发、检测弹药的安全性试验需求,通过分析高速弹丸加载的内弹道特性,结合身管结构的力学和强度分析,设计了一种采用火药燃气驱动技术的高速破片发射装置,该装置口径为25 mm,长度4 m。设计最大装药量200 g,发射最大弹丸质量75 g,最大膛压250 MPa。计算了该装置速度、压力与装药量、弹丸质量的关系,并与试验结果进行比较,发现二者具有较好的一致性。利用该发射装置,可将65 g质量的弹丸发射至1 840 m/s,实现了破片的高速可控加速,可应用于弹药的破片撞击安全性考核。     

Numerical Simulation of High Performance Shaped Charge Penetrating Concrete Targets

Tandem warhead systems consist of a precursor shaped charge and a following kinetic energy projectile containing high explosive filling. This paper presents a numerical simulation analysis of the penetration forming and the process in which the shaped charge penetrated into concrete targets by using AUTODYN software. The shaped charge is consist of different materials, different standoff, different liner curvature and thickness. Parameters for the liner structure which can detemine ideal aperture and penetration depth are acquired. The simulation results are in agreement with them of the experiment.     

超高射频武器串联发射膛口流场数值模拟

为了研究超高射频武器高频连发时膛口流场形成机理和对弹丸飞行的影响,基于 ALE方程和嵌入网格技术,结合动网格方法进行数值仿真分析。数值结果清晰地揭示了高频连发时火药气体相互叠加形成的复杂流场的结构。在相同装药量下,高频连发时后续弹丸膛内加速度远小于首发弹丸;后续弹丸出膛口后,弹前火药燃气膨胀形成低压区,而弹后压力高于首发弹丸弹后压力,使其加速度大于首发弹丸。仿真结果为研究超高射频武器高频连发时弹丸受力分析提供一些理论依据。     

弹体结构变形对发射起始扰动影响研究

对长细比较大的倾斜发射式火箭弹,在进行发射动力学计算时,除考虑外部影响因素外,还应该考虑火箭弹弹体自身的弹性变形引起的横向振动对起始扰动的影响.为了研究某型火箭弹的横向振动特性对发射过程俯仰角运动的影响,采用传递矩阵法建立了火箭弹的横向振动模型,分别进行了多刚体和刚柔耦合发射动力学仿真.通过发射动力学仿真结果及试验测试结果对比,发现弹体的横向振动特性对该火箭弹发射过程中俯仰角方向运动具有比较大的影响.