发射箱易碎后盖开启过程的数值计算

易碎盖技术在箱式或筒式发射中具有明显的优势,其开启过程涉及冲击波传播及射流运动等复杂的物理现象。利用动网格技术,以固体火箭发动机为研究对象,研究了易碎后盖开启过程,得到了后盖开启过程中流场压强和温度分布,并对开盖过程中燃气射流流场情况进行了分析。结果表明：冲击波在发动机射流径向一定范围内有较高的超压峰值,会对发射装置和周边设备产生破坏作用;后盖运动对燃气射流流动产生了影响,表现为燃气射流随着后盖向下运动而向下方传播的同时,由于受到后盖的阻挡发生反射回流现象;运动过程燃气流冲击作用逐渐变小,除核心区外后盖上的温度和压强也逐渐变小;后盖运动的仿真实验结果与实际试验数据一致,获得了较好相似性。     

发动机射流起始冲击波超压的实验研究

介绍采用实验的方法研究火箭导弹武器系统起始冲击波超压这一非定常现象。实验中采用了接触式压力测量和非接触式激光流场显示等实验方法,得到了冲吉波在受冲击体表面轴向传播的一组超压曲线以及冲击波运动的照片。     

基于爆炸冲击波的头盔防护性能

针对爆炸冲击波致脑损伤的防护问题,开展基于爆炸冲击波的头盔防护性能研究,结合壁面压力传感器和颅脑模拟靶标,形成不同头盔结构和头盔内不同位置的冲击波防护试验测试方法,获取模拟靶标前额、颅顶和颅后的压力-时间变化曲线,分析爆炸冲击波在有/无防护条件下的颅脑表面传播规律。试验结果表明：头盔均能有效削弱冲击波超压,前额超压峰值可从无防护的352.57 kPa削弱至戴QGF-03式头盔的151.31 kPa,戴上全盔后则可削弱至11.36 kPa;冲击波在有防护的颅脑靶标传播过程中易发生绕射和叠加汇聚效应,与无防护相比,QGF-03式头盔内颅后超压提高了50%~100%,FAST头盔内颅后超压提高了9%,盔内压力作用时间显著增长,其中防护面罩可以大幅削弱爆炸冲击波对头部的作用,对前额和面部冲击波超压的削弱可达75%;全盔防护效果最好,能在前额、颅顶和颅后三处分别削弱90%、87%、80%超压峰值,密闭性对冲击波防护具有积极作用。     

核爆炸对地冲击作用下土体运动特性等效模拟

核爆炸存在多场耦合效应、强非线性以及岩土介质大变形等问题,使核爆炸对地冲击波成分复杂,难以对核爆炸对地冲击效应进行准确仿真。为解决上述问题,提出一种综合考虑感生冲击波与直接冲击波叠加效应的核爆炸对地冲击准确描述方法,并建立了仿真模型。以美军某试验为例对核爆炸对地冲击作用下的土体运动特性进行分析,捕捉到了由冲击波超压引发的感生冲击波,揭示地面及地表浅层目标在遭受空气冲击波作用的同时还承受感生冲击波的作用,完整的核爆炸对地冲击效应是感生冲击波与直接冲击波联合作用的产物。仿真结果与美军试验数据[3]、TM 5-858-2手册经验公式[8]计算值相吻合,证明了该仿真方法的正确性,可为地面及地下结构在核爆炸对地冲击效应下的强度校核提供有效的参考。     

核爆炸对地冲击作用下土体运动特性等效模拟

核爆炸存在多场耦合效应、强非线性以及岩土介质大变形等问题，使核爆炸对地冲击波成分复杂，难以对核爆炸对地冲击效应进行准确仿真。为解决上述问题，提出一种综合考虑感生冲击波与直接冲击波叠加效应的核爆炸对地冲击准确描述方法，并建立了仿真模型。以美军某试验为例对核爆炸对地冲击作用下的土体运动特性进行分析，捕捉到了由冲击波超压引发的感生冲击波，揭示地面及地表浅层目标在遭受空气冲击波作用的同时还承受感生冲击波的作用，完整的核爆炸对地冲击效应是感生冲击波与直接冲击波联合作用的产物。仿真结果与美军试验数据^［3］、TM 5-858-2手册经验公式^［8］计算值相吻合，证明了该仿真方法的正确性，可为地面及地下结构在核爆炸对地冲击效应下的强度校核提供有效的参考。     

与燃气射流耦合的易裂后盖开启过程数值分析

对于采用易裂盖的箱式发射系统,后盖开启过程与燃气射流流场相互影响。为了研究易裂后盖的开启过程,使用基于光滑方法和重构方法的动网格技术,将后盖裂片运动过程与燃气射流流场耦合,对整个开盖过程进行了仿真计算。得到了起始冲击波的作用过程以及发射箱内各监测点的压强曲线,并分析了燃气射流对后盖裂片的冲击作用以及对其运动过程产生的影响。结果表明,与非耦合工况的计算结果进行对比,耦合工况的结果更接近于实验数据。随着后盖裂片转动角度的不断增大,旋转力矩逐渐减小,裂片的转动速度经历了先快速上升、后缓慢下降的过程。     

某迫击炮炮口流场数值模拟与分析

为研究迫击炮超压值对人体的影响,模拟了弹丸出炮口后的流场.考虑了炮膛与弹丸定心部间隙的内弹道经典模型,计算内弹道参数.根据内弹道计算结果初始化弹丸在炮口时的膛内流场,然后模拟膛内气体流空形成的炮口流场,过程引入了火药气体与弹丸运动的耦合作用.计算过程采用分块网格的整体运动处理方法和结构化网格动态层变方法.计算结果捕捉到清晰瓶状激波系,详细分析了炮口周围不同监测点的超压值及膛内气体流空过程,对炮口冲击波的研究具有指导意义.     

冲击波作用下单层钢化玻璃抗爆性能的数值模拟研究

借助通用显式动力分析程序LS-DYNA软件平台,采用拉格朗日方法描述钢化玻璃,增加侵蚀算法来模拟钢化玻璃的破坏。钢化玻璃采用线弹性材料模型,通过建立的模型研究单层钢化玻璃在爆炸冲击波作用下的动态响应。利用场地试验结果对数值模型进行验证,证明了此模型的合理性。用已验证的模型对单层钢化玻璃在爆炸冲击波作用下进行数值模拟,得到一组单层钢化玻璃破坏的超压冲量临界点。通过数值模拟结果得到了爆炸冲击波对单层钢化玻璃损伤的超压-冲量曲线,进一步推导出了单层钢化玻璃损伤超压-冲量曲线的经验公式,并与数值结果进行比对,具有很好的吻合性。研究表明,得到的超压-冲量曲线及经验公式可以为单层钢化玻璃抗爆设计提供有价值的参考。     

温压炸药爆炸冲击波在爆炸堡内的传播规律

为研究温压炸药爆炸冲击波在有限空间的传播特征,在爆炸堡中进行400 g RDX/Al/AP(高氯酸铵)/HTPB(端羟基聚丁二烯)温压炸药的爆炸实验,通过压力测试系统得到冲击波在地面和空中的超压时程曲线,以JWL-Miller方程作为爆炸产物状态方程,采用AUTODYN软件对爆炸过程进行了数值模拟,并用数值模拟结果研究冲击波在爆炸堡内发生正反射和斜反射。结果表明,数值模拟得到的冲击波形态、峰值及作用时间与实验测试结果吻合较好,Miller余项能够较为合理地描述含铝温压炸药的后燃特征。正反射发生在装药的地面投影点,反射波峰值达到入射波峰值的3.3倍;斜反射包括规则反射和马赫反射,冲击波入射角小于40°时,在地面形成规则反射,反射波峰值约为入射波峰值的2.5倍;冲击波入射角大于40°时形成马赫反射,马赫波峰值约为入射波峰值的1.2~1.6倍;在侧壁及穹顶发生规则反射。在几何对称轴上发生聚焦现象,聚焦点冲击波超压高于2200 k Pa,达到该点入射冲击波超压的4.3倍,增强了爆炸堡内冲击波,提高了温压炸药的毁伤能力。     

活性射流侵彻钢筋混凝土靶后效超压特性

为研究活性射流侵彻钢筋混凝土靶后效超压效应,采用实验、理论与数值仿真相结合的方法,开展了活性药型罩聚能装药作用钢筋混凝土靶后效超压特性研究。实验结果表明,在聚能装药结构一定条件下,低密度活性射流较高密度活性射流对钢筋混凝土靶的侵彻孔径更大,穿靶后在密闭空间内爆燃产生的冲击波峰值超压更高,且超压-时间曲线呈现出多峰现象。引入虚拟爆炸点的方法,建立了活性射流靶后爆燃超压与高能炸药爆炸等效分析模型,结合AUTODYN-3D有限元分析,得出模型预测的后效超压-时间曲线与实验结果吻合较好,揭示了活性射流在靶后密闭空间内爆燃超压传播规律及多峰现象。     

极端载弹下直升机载火箭发射燃气冲击效应研究

针对机载火箭发射过程中对机体造成的动力冲击效应,对直升机机载火箭系统发射全过程的燃气射流冲击流场进行计算。通过3维非定常的数值模拟方法,结合动网格方法及分块混合网格模型,对比不同载弹状态下的火箭巢结构对冲击效应的影响。计算结果表明:机身表面受到的最大冲击超压在10 kPa量级,不同载弹状态下起始冲击波流场发展过程相似,超压分布均为单峰函数,但火箭离管时空载状态发射的冲击流场变化更为复杂,机身最大超压分布规律为双峰曲线。     

鱼雷涡轮机斜切喷管内流场数值模拟

基于求解雷诺平均的Navier—Stokes方程组,对鱼雷燃气涡轮机斜切喷管内流场进行了数值模拟计算,研究了斜切喷管气动特性随膨胀比的变化关系。数值模拟结果表明,该文所使用的数值模拟方法能够较好地捕捉斜切喷管内部存在的各种复杂流动结构,合理地预测了斜切喷管内部流场随膨胀比的变化趋势;喷管处于膨胀过度状态时,喷管出口会出现激波,造成激波损失,激波与边界层干涉,使得流动损失进一步增大,引起喷管气动性能的迅速恶化,设计时应尽量避免;对于既定尺寸的喷管,膨胀比大于临界流量膨胀比时,通过喷管的燃气流量保持最大流量不变。     

某型运载火箭发射流场数值模拟

为了更真实地反映发动机尾焰流场的特征,以某型运载火箭为例,对其流场数值进行模拟.运用计算流体力学方法,以3维双喷管发动机为模型,考虑尾焰工况为氢气、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气组成的混合气体,对运载火箭的发射流场进行模拟仿真,分析尾焰流的近场激波系结构和参数分布特征等.分析结果表明:混合气体情况下的流场各个参数分布和激波系结构与理论分析结果一致,地面上距离喷管中心1 m位置处受最大压力,大约为0.4 MPa,在两喷管中心温度最高,为2700℃,为后续相关实验测量提供了参考和理论依据.     

某型运载火箭单喷管轴对称模型数值模拟

为了研究某型运载火箭发射流场的特征,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术对某型运载火箭飞行5 m工位下的流场进行数值模拟.以3维单喷管发动机为模型,选用标准k-ε湍流模型,同时考虑混合气体,获得发动机尾焰流场,分析尾焰波系结构随时间的变化.计算结果表明:单喷管轴对称模型下的流场各个参数分布、激波系结构与理论分析结果一致,可为后续相关实验测量提供参考和理论依据.     

飞片冲击载荷在环氧树脂/印刷电路板/环氧树脂界面处的传递特性

为提高弹载电路系统的抗冲击性,开展平面冲击载荷在电路灌封系统内典型界面处的传递特性研究。从试验、理论和仿真角度出发,对冲击载荷在环氧树脂/印刷电路板（PCB）/环氧树脂界面间的传递变化过程进行分析。以轻气炮为试验平台,通过多重埋入式应力传感器测得冲击载荷在界面间的变化过程;以应力波理论为基础,对应力波在多重界面间的入射、反射和透射特性进行分析,并考虑其在黏性介质中的衰减特性,计算求得冲击载荷在此种界面处传递的近似理论结果;结合文献［16］成果,对试验过程进行验证仿真。结果表明：理论、仿真结果与实测数据吻合良好;沿应力波传播方向,PCB背面处的载荷更小,更适宜放置关键元器件。     

非圆截面云雾爆炸超压场数值模拟

为研究非圆截面云雾爆炸超压场的分布特性,用LS-DYNA程序对云雾爆炸超压过程进行了数值模拟,将数值模拟超压值与试验超压结果进行了对比,得到了0°、90°、135°和180°共4个方向的峰值超压随距离的变化规律,以及不同起爆高度对超压场分布的影响。结果表明,试验中起爆云雾呈椭球形爆轰火球。4个方向在距离爆炸中心5 m处的峰值超压为2.9~5.2 MPa。在距离爆炸中心5~50 m范围内,地面冲击波轨迹呈椭圆形。冲击波在90°方向的传播速率最小。当起爆高度由0.5 m增加至2.5 m时,5~15 m范围内的地面峰值超压平均提高了8%。