兵器近场水下爆炸对目标的毁伤特性研究

近场水下爆炸气泡在壁面Bjerknes力和浮力的共同作用下产生朝向结构的高速射流。此时,气泡脉动由于受物面影响,其作用并不明显,所以近场兵器爆炸产生载荷主要为冲击波和气泡射流载荷。文中将气泡射流形状等效为水柱射流,基于水锤理论得到气泡射流载荷。同时采用GeersHunter半经验半解析模型得到冲击波载荷。将冲击波和气泡射流的总载荷加载到近场结构上,采用声固耦合原理计算舰船结构的响应,得到了兵器近场水下爆炸对目标的毁伤特性。     

近小尺度壁面水下爆炸射流特性数值模拟

为了考察结构尺度对气泡射流动态特性的影响,利用AUTODYN软件,针对三种不同尺度的球形固壁面进行近壁面水下爆炸数值模拟计算.计算结果表明:壁面尺度越小,射流穿透气泡越早,气泡体积越小、越细长,射流速度越大,但射流宽度越小,射流冲击压力对壁面的作用越弱,压力产生的比冲量越小.研究结果初步揭示了结构尺度的减小不利于水射流威力的发挥,为打击小型目标的水中兵器战斗部威力设计提供有益参考.     

水下爆炸两气泡相互作用的数值计算研究

基于MSC.DYTRAN有限元软件中的EXINIT及EXFLOW2接口分别开发、定义了三维流场静水压力与边界条件的子程序;以Frost提出的气泡体积加速度模型为基础,确定了水下爆炸气泡脉动的初始条件,对水下爆炸单一气泡脉动过程进行了数值模拟;通过将气泡脉动半径、周期与经验公式对比,验证子程序开发的正确性与计算结果的准确性。以单一气泡运动模型为基础,建立水下爆炸两气泡运动的计算模型,研究两气泡水平距离、竖直距离及初始角度等参数对气泡运动与融合、射流角度、射流速度的影响规律。气泡运动建模思路、计算方法与结果对水下爆炸两气泡运动特性的研究具有一定参考价值。     

刚性壁面附近深水爆炸气泡射流特性数值模拟

炸药水下近壁面爆炸时,爆炸产物形成的气泡易演化出射流对壁面作用,而气泡射流的特性受多种因素影响。用AUTODYN数值模拟软件计算50 m和300 m水深环境下10 g TNT距100mm刚性壁工况下的气泡射流过程。计算结果表明:用AUTODYN有限元计算软件计算得到的冲击波传播规律、脉动规律与经验公式拟合较好;在气泡脉动收缩结束时射流演化开始,演化过程中的射流将气泡贯穿、形成环形气泡;深水条件下形成的射流速度约350 m/s,远大于浅水条件下的150 m/s,与刚性壁接触后射流头部的压力也大于浅水中的压力;深水条件下近刚性壁测点的压力值均至少高出浅水条件下的5倍,说明深水环境下的射流更易对结构造成严重破坏。研究初步讨论了深水环境下水下爆炸射流的演化特性。     

边界形状对气液相互作用过程的影响

为了控制整装式液体发射药火炮燃烧稳定性,针对渐扩形和矩形药室结构,利用高速摄影方法,观察了气体射流在液体中的扩展过程,获得了泰勒空腔的扩展速度.在实验基础上,建立了舍能气体射流在液体工质中扩展的二维模型,利用FLUENT软件对非稳态气体射流与液体工质相互作用的过程进行了模拟,获得了气体射流场等温线、等压线和等密度线分布图,分析了边界形状对射流扩展特性的影响.数值模拟结果表明,对于渐扩形边界,气体射流扩展到台阶处有旋涡出现;在相同条件下,矩形边界与渐扩边界相比,气体射流轴向扩展速度大,而径向扩展速度小.计算结果与实验结果吻合较好.     

超声速气流中多孔逆向射流减阻防热机理研究

为提高高超声速飞行器头部的减阻防热性能,对钝化前缘多孔逆向射流方案进行参数化研究。基于雷诺平均三维可压缩N-S方程,采用SST k-ω湍流模型对流场进行数值仿真,通过与公开文献中的实验数据进行对比,验证了数值方法的可靠性。重点对比分析了有无多孔逆向射流方案下钝化前缘的流场结构,多孔逆向射流的引入使飞行器头部流场发生变化,将飞行器头部前缘的弓形激波向外推移,使前缘展向壁面处于一个连续的低温环境中。结果表明,多孔逆向射流在减阻和热防护方面均能起到良好效果。     

爆炸式反应装甲飞板变形计算

根据夹层装药结构飞板变形的物理现象,利用瞬时爆轰理论,考虑了散心爆轰作用,建立了夹层装药平板运动规律工程计算模型,并对飞板运动过程进行三维数值模拟,数值模拟结果与实验和理论计算具有较好的一致性.模型能较好地描述平板在飞行当中的运动规律和变形过程,为研究平板与射流的相互作用过程提供了参考.     

爆炸物销毁器气液两相射流的数值模拟分析

为优化装备设计,对爆炸物销毁器气液两相射流进行了实验研究。采用模拟方案对实验工况进行数值模拟,得到大涡模拟方法耦合二维非稳态隐式的VOF方法,可以对高速气液两相射流进行很好的描述,所得结果与实验结果吻合较好。对变运动参数和结果参数进行数值模拟,得到比较可靠的实验数据,对装备的优化设计有一定的促进作用。     

反应装甲飞板转角分析模型

分析了反应装甲与射流作用的机理,应用瞬时爆轰相关理论,建立了飞板运动方程,在此基础上建立了反应裳甲飞板转角工程计算模型,利用该模型得到了飞板任意微元、任意时刻的转角参数.研究结果表明飞板在运动中转角只与其速度和炸药的爆轰速度有关,与数值计算和实验的结果相吻合.利用流固耦合方法分析了夹层装药对飞板的作用,为研究平板与射流的相互作用过程提供了飞板变形的相关数据.     

基于DYTRAN软件的三维水下爆炸气泡运动研究

应用国际上通用的有限元程序MSC．DYTRAN模拟在重力影响下水下爆炸气泡的脉动规律。通过引入新的流场边界处理技术对不同TNT药量在同一水深、相同TNT药量在不同水深等多种工况下气泡脉动的过程进行了数值计算。分析和总结了球形TNT药包在不同装药量下气泡的半径及脉动的周期,得出了气泡脉动时气泡半径的时间历程曲线,并将计算结果与经验公式进行了对比分析。结果表明：计算结果与经验公式具有较好的一致性,有限元模型正确、有效,结果准确。计算模型、方法及结果对相关的工程研究和计算具有一定参考价值。     

磁场抑制聚能射流颗粒翻转研究

通过分析磁场与聚能射流的耦合作用过程,在断裂射流颗粒发生小角度翻转的情况下,建立了当有磁场存在时聚能射流颗粒的翻转运动方程。在此基础上,采用电磁场Ansoft Maxwell分析软件仿真的方法研究了翻转射流颗粒在磁场中所受力以及力矩特性,并对结果进行了实验验证。研究结果表明：聚能射流颗粒在强磁场中的翻转运动方程能较好地描述磁场对其翻转的抑制过程,数值模拟所得射流颗粒的受力以及力矩进一步反映磁场对翻转射流颗粒的抑制特性。实验结果验证了杵体在磁场的作用下,其翻转受到修正和抑制,最终其轴线基本与射流侵彻通道轴线一致。     

鱼雷近场爆炸复杂载荷及对舰船毁伤模式

为科学评估鱼雷水下爆炸对舰船毁伤效能,基于非线性显式动力学分析软件LS-DYNA建立近边界水下爆炸数值分析模型.将近自由液面边界条件下的爆炸载荷计算结果与文献[6]经验公式及文献[17]试验结果对比,验证所建立的数值模拟方法能较好地反映近场水下爆炸的冲击波压力及多次气泡脉动过程.利用该技术构建与实战边界条件贴近的数值仿...     

低能量导爆索水中爆炸气泡的脉动现象

为了推动爆炸气泡帷幕减震技术的研究,揭示低能量导爆索水下爆炸气泡脉动规律,采用高速摄影系统对水平和竖向放置的单根及两根低能量导爆索水下爆炸气泡脉动特性进行了实验研究,得到了其不同放置方式下的气泡脉动特性。结果表明,水平放置单根低能量导爆索水下爆炸首次气泡脉动形状保持圆柱形,第一次气泡脉动周期为11.5 ms,最大直径为6.9 cm;水平放置两根低能量导爆索第一次气泡脉动周期为14 ms,22 ms时两气泡开始相互融合,形成一气泡帷幕层,比单根水平放置低能量导爆索第一次气泡脉动周期长。竖向放置两根低能量导爆索第一次气泡脉动周期为27.5 ms,比单根低能量导爆索第一次气泡脉动周期长,79.5 ms时形成完全融合的气泡帷幕,323 ms时该气泡帷幕仍清晰可见。将低能量导爆索竖向布置缠成网状,气泡脉动持续时间长,有利于爆炸气泡帷幕的形成。     

靶板材料对聚能射流跳弹角影响的数值模拟与试验

利用ANSYS/LS-DYNA软件,数值模拟了金属射流以较小入射角(5°~7°)侵彻不同材料靶板(603装甲钢及铝)的跳弹过程。观察了其侵彻及跳弹的过程。结果表明,所得模拟结果与试验数据吻合。当射流头部速度为6500 m·s~(-1)时,603装甲钢的跳弹临界入射角为6°~7°,铝的跳弹临界入射角为5°~6°,随着靶板强度增大,射流跳弹角减小。射流跳弹有两个阶段,首先射流接触靶板时,射流头部发生跳弹,射流其他部分进入靶板内部;然后射流前端在靶板非对称阻力影响下运动方向发生偏转,最终跳出靶板,射流后续部分随之跳出靶板。603装甲钢跳弹与未跳弹开坑深度之比为0.389,低于铝靶的0.795,证明在跳弹情况下,随着靶板强度的提高,射流消耗在侵彻靶板、扩展弹坑上的能量减少。     

潜射导弹尾部燃气后效建模及数值模拟

利用Rayleigh-Plesset方程,建立了等压球状尾泡模型,分析了尾泡的泡内压力变化.通过尾泡方程与导弹运动方程的联合求解,讨论了燃气泡对垂直发射潜射导弹弹道轨迹的影响.结果表明,导弹在出筒后,由于环境压力的变化,尾部压强有小幅波动,随着尾泡尺寸的减小,波动周期越来越短,与试验测量结果吻合较好.     

基于SPH方法的凝胶燃料单滴微爆过程模拟

为探究凝胶燃料单滴微爆过程中液滴形态和物理量变化规律,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对JP-8金属凝胶液滴的微爆过程进行数值模拟研究。引入完全变光滑长度SPH方法解决气泡膨胀过程中密度梯度和光滑长度梯度变化剧烈的问题。采用修正JCD(Johnson-Cook Damage)强度模型模拟了弹性胶凝剂膜。模拟了凝胶液滴微爆过程中,内部气泡生长、膨胀、破壳、喷射等过程。得到了气泡变形过程中液滴内部压力和胶凝剂膜的应力变化特性。探索了凝胶液滴微爆过程中液滴半径、压力、拉伸应力、表面张力等物理量的变化规律。数值模拟结果显示,随着时间的推移,凝胶液滴体积逐渐膨胀,压力震荡上升,当直径膨胀比D/D0达到1.4时,胶凝剂膜破裂,液滴体积迅速缩小,压力急剧下降。对于多气泡凝胶液滴,大气泡相对小气泡膨胀更快,且大气泡产生对壁面的压力更大,导致胶凝剂膜在靠近大气泡附近破裂,破裂时间相较于单一气泡有所缩短。数值模拟结果与实验结果相吻合,揭示了凝胶液滴微爆过程的内在机理,验证了SPH算法在解决此类问题上的有效性。     

低能量导爆索水下爆炸的气泡脉动特性（英）

为研究低能量导爆索水下爆炸气泡脉动特性,采用高速摄影技术对低能量导爆索水下爆炸进行实验.研究图像数据发现,拍摄段的低能量导爆索水下爆炸首次气泡脉动形状基本保持圆柱形,从第二次气泡脉动开始,气泡脉动的形状变为不规则圆柱形,气泡外边缘模糊,这主要是低能量导爆索外壳碎片击穿气泡所致;第一次气泡脉动的周期为21.5 ms,最大直径为11.2 cm,第二次脉动周期为15.5 ms.在第一次气泡脉动过程中,气泡膨胀时间为15 ms,收缩时间为6.5 ms,膨胀时间比收缩时间长.     

考虑单气泡运动特性的舰船尾流气泡分布研究

为从理论上分析舰船远程尾流中的气泡分布特征,首先研究了单个气泡在远程尾流中的运动特性及影响要素,重点考虑了上浮速度与传质速率这两个相互影响的耦合因素,构建了完整描述远程尾流场中单气泡上浮运动全过程的动态耦合数学模型；进而利用该模型结合统计分析的思想,提出了一种计算舰船远程尾流场中气泡群整体存留时间、相对数密度和尺度分布...