跨介质飞行器触水滑跳运动特性数值模拟

受生活中水漂现象的启发,跨介质飞行器广泛采用灵活机动的滑跳运动模式,大大提高了海战武器的突防能力.基于数值模拟方法研究具有复杂构型的跨介质飞行器触水滑跳运动特性,重点分析入水参数对跨介质飞行器静水面的近水面滑跳运动过程影响.研究结果表明:针对所提跨介质飞行器,近水面滑跳运动可分为稳定滑跳阶段及水面滑行阶段,稳定滑跳阶段...     

跨介质变体飞行器设计优化技术进展

跨介质变体飞行器能够充分利用不同介质中航行器的固有优势,提升任务效能,近年来受到广泛关注。为了全面提升跨介质变体飞行器综合性能,缩短总体设计周期,亟需从全系统的高度开展设计优化技术研究。通过文献调研,综述了跨介质变体飞行器设计优化技术的研究进展。首先概述了单次和多次跨介质变体飞行器发展历程与关键技术。其次,面向系统多学科设计优化需求,介绍了参数化建模方法、梯度优化算法、进化优化算法和近似优化算法方面的理论与应用研究概况。文献综述表明近似优化算法适用于求解具有高维强约束多目标特性的复杂飞行器系统优化问题,在跨介质变体飞行器设计优化领域应用前景广阔。最后,指出了未来亟待深入研究的方向。     

鱼雷头部形状对入水影响的数值模拟研究

空投鱼雷的头部形状不仅影响其在空中和入水后的弹道,而且所受到的入水冲击载荷有很大的差别.为了研究鱼雷头部形状对入水的影响作用,文中利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟技术建立了鱼雷入水的有限元模型,并通过对三种不同头部形状的鱼雷入水过程的数值模拟,得到了不同头型的鱼雷垂直入水的压力响应曲线和速度响应曲线,在进行比较分析后讨论了头部形状对入水的影响规律.     

刚性截锥形弹体入水冲击载荷

研究截锥形弹体垂直入水冲击载荷。建立了截锥形弹体垂直入水冲击载荷的理论计算模型;对截锥形弹体在不同入水速度和不同头部结构参数情况下的入水冲击载荷进行了计算;分析了入水速度、弹体头部参数和沾湿因子对入水冲击载荷的影响。研究结果对弹体入水冲击载荷的预测和截锥形弹体头部结构的设计具有参考价值。     

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。     

预置舵角对跨介质航行体入水尾拍运动影响试验

为研究预置舵角对跨介质航行体高速入水过程尾拍运动特性的影响，搭建高速入水试验平台并设计带有内测单元的试验模型，开展入水角为20°时不同预置舵角下跨介质航行体高速入水试验研究。采用高速摄像机记录入水空泡，同时由内测单元测量航行体的运动参数和表面压力，分析预置舵角对跨介质航行体高速入水过程中空泡发展特性、入水运动特性以及表面压力的影响规律。试验结果表明：跨介质航行体入水过程中先后经历滑行运动阶段和尾拍运动阶段，尾拍形成的法向过载最高可达滑行产生法向过载的2倍；入水距离约5倍航行体长度时，入水空泡形成闭合，泡内压力在闭合前后呈先降低后增大的变化趋势；入水空泡闭合时，随着预置舵角增大，形成的附体空泡与主体空泡发生分离，在预置舵角为10°时，空泡尾流出现双涡管现象；预置舵角越大，跨介质航行体入水转平/偏转能力越强，当形成单侧尾拍运动后，航行体爬升效率提升。     

头部含能杆入水穿靶释能特性

目前,高速射弹入水冲击效应和活性材料都是水中兵器和高效毁伤技术研究的热点。为验证将二者结合应用于反鱼雷、反水雷、反潜艇等以实现高效毁伤水中目标的设想,对某活性材料进行入水冲击实验,并设计出一种头部带有活性材料的含能杆实验件及水中模拟目标进行入水穿靶实验。实验结果表明,单独的小质量活性材料以及头部含能杆在空气介质下的2倍音速范围内冲击入水时,在侵水过程中活性材料均不产生可观测的释能反应现象;若活性材料在撞水前发生释能反应,侵水过程中也会因压力迅速降低、热量快速流失等原因导致反应难以持续;当含能杆入水后继续侵水并撞击穿透模拟目标壳体后,活性材料在模拟目标内部发生类爆轰反应,产生增强毁伤效果。实验验证了将活性材料复合安装于动能杆头部用于攻击水中目标的可行性,为发展水中高毁伤性兵器提供了研究思路。     

一种基于参数化建模的飞行器隐身外形设计优化方法

针对飞行器隐身外形设计优化问题，建立一套复杂隐身外形的参数化建模方法；应用基于正交试验设计的参数影响程度分析方法，从众多外形参数中选取设计变量；为隐身与气动学科分析构建代理模型，以提高优化效率；采用分层次的多目标优化策略进行隐身、气动综合优化；最后以一隐身外形翼身组合体的设计优化为算例，检验了以上方法的可行性和有效性．     

弹体高速入水弯曲弹道实验研究

通过模型高速入水实验,利用高速摄像机拍摄了弹体入水过程和空泡形态演变过程,得到了4种头部外形模型的弹道曲线,并分析了头型、入水角、入水速度对水下弹道的影响。研究结果表明：椭圆斜截头弹体由于其特殊的头部更容易产生偏向水面的弯曲弹道,而其他3种弹体在一定速度内弹道比较稳定,基本趋于直线,虽然在有些工况下弹道发生了偏转,这是由于弹体加工过程中结构误差等造成的弹道不稳定性;入水角对弹道影响比较显著,小的入水角条件下弹体迅速向水面偏转,而入水角增大到一定程度时弹道向缸体底部偏转。所得结论可为高速入水武器的研究提供参考。     

高速组合体布局飞行器外形快速优化方法研究

针对概念设计阶段高速组合体布局飞行器外形快速优化问题,建立了基于灵敏度分析和工程算法的外形快速优化流程。建立了组合布局飞行器参数化外形模型,采用回归方法分析各外形参数对升阻比、升力载荷系数的影响程度和规律,获取关键外形参数及其灵敏度排序。考虑压心、装填能力、驻点热流等约束条件对升阻比和升力载荷系数进行多目标优化。最后,用CFD方法验证了优化的有效性,可为高速组合体布局优化设计提供一定的参考。     

基于ALE方法的弹性圆柱壳入水时的流固耦合模拟

为了获得头型及材料弹性对圆柱壳入水过程中头部变形、压力分布、入水空泡形态及入水运动状态的影响,采用ALE方法,基于有限元软件ANSYS\LS-DYNA,对平头、120°锥角、90°锥角弹性圆柱壳的入水过程进行了数值模拟,对平头弹性圆柱实体和平头刚性圆柱壳进行计算,并对模拟结果进行对比。结果表明:入水过程中空泡直径随着锥角的增大而增大,锥角越大,圆柱壳上表面的变形越大,最大变形出现的时间越早:平头弹性圆柱壳在0.1 ms时出现最大变形0.84 mm,120°锥角弹性圆柱壳在0.3 ms时出现最大变形0.54 mm,90°锥角弹性圆柱壳在0.5 ms时出现最大变形0.43 mm; 下表面受到的压力越大,圆柱壳的速度衰减越快; 平头圆柱壳下表面的变形与振动频率大于上表面; 上表面的变形是由惯性引起的,下表面的变形是由流体冲击力引起的。     

亚半球罩形成杆式射流正交设计的数值分析

为研究亚半球罩形成杆式射流的成型因素,利用非线性动力学软件AUTODYN-2D对其成型过程进行数值模拟.分析亚半球罩外曲率半径、罩高、壁厚和装药长径比4种因素对杆式射流头部速度以及头尾速度差的影响规律,在此基础上对4种因素影响杆式射流的头部速度和头尾速度差的主次关系进行正交设计研究,并通过数据处理得到4种因素各水平的最优组合.研究结果表明:随着装药长径比、亚半球罩外曲率半径、罩高的增大以及亚半球罩壁厚的减小,杆式射流的头部速度和头尾速度差增大;装药长径比是影响头部速度的主要因素,外曲率半径对头部速度影响最小;罩高是影响头尾速度差的主要因素,外曲率半径和壁厚对头尾速度差影响较小.该研究可为杆式射流结构优化提供参考价值.     

异形炸药部件的水射流安全分解技术

针对大尺寸、异形炸药部件的安全分解问题,提出基于水射流技术的炸药安全分解技术的设计方案。根据炸药部件的结构特点和材料属性,建立水射流切割炸药部件的有限元数值仿真模型;通过分析炸药材料在不同水射流速度下切割过程、极限应力水平及损失情况,不断优化水射流速度,在确保形状复杂的炸药部件不被冲击引爆和几何结构不遭受彻底破坏情况下对炸药部件进行分解。分解后的炸药块保持形状完整,内部无损伤缺陷,能够为进一步分析炸药部件的物理化学性能提供有效样品。对厚度为75 mm的百千克级空心圆柱型炸药部件的实施分解试验,按照该设计方案最终获得优化后的水射流速度为293 m/s. 试验结果证明,炸药分解设计方案可行,设计的分解装置通用性强,能够为安全分解大尺寸、大当量、复杂结构炸药部件提供有效的技术支持,具有一定的推广应用价值。     

立方体破片对LY-12cz薄靶板的侵彻机理

对高速立方体破片与飞机硬铝薄靶板的遭遇打击情况进行了模拟计算分析,得到了破片以不同的入射速度和攻角高速打击靶板时,靶板上的损伤情况以及破片的剩余速度、剩余质量、塞块质量以及塑性变形区域等随破片入射速度与攻角的变化规律,可用于分析破片的破坏能力及飞机结构的防护能力。     

杆式破片对LY-12CZ加筋靶板的侵彻规律研究

为对导弹破片打击后的飞机蒙皮结构损伤实施有效修理,本研究针对杆式破片对飞机硬铝加筋靶板的打击情况进行模拟计算分析,得到破片以不同的入射速度和攻角高速打击靶板时,靶板的损伤情况以及破片的剩余速度、剩余质量、冲塞块质量、塑性变形区域等随破片入射速度与攻角的变化规律,可用于分析破片的破坏能力及飞机结构的防护能力,指导各型飞机战伤模式研究及战伤评估和修理。     

基于ADAMS 的某航炮动力学仿真分析

为减小航炮在发射过程中的最大后坐冲击载荷,对某航炮虚拟样机进行建模及仿真分析。在Solidworks 中建立该航炮的3 维模型,基于刚柔耦合动力学理论,借助动力学仿真软件ADAMS 建立该航炮虚拟样机模型,在 此基础上对航炮进行仿真分析。仿真结果表明：航炮缓冲装置结构参数的合理设计能够达到减小后坐冲击载荷的目 的,对航炮其他结构参数的优化设计有一定参考价值。     

爆炸成型模拟弹丸对水介质侵彻的数值仿真

应用大型有限元分析软件ANSYS／LS-DYNA，对爆炸成型模拟钢弹丸侵彻水介质进行了数值仿真计算，分析了形状和人水速度对弹丸侵彻性能的影响。给出了弹丸水中运动速度衰减规律，为下一步设计能形成较好水下弹道特性和侵彻效果的鱼雷战斗部装药结构提供参考。