水下超空泡射弹研究综述

对国外水下超空泡射弹研究状况进行了综述,介绍了水下超空泡射弹的原理及应用情况,总结了水下超空泡射弹的研究方法及相关进展,分析了研究中的关键技术问题,最后对未来发展趋势进行了展望。     

超空泡射弹对水雷侵彻的数值模拟

以某型水雷为研究对象,通过结构及功能分析、毁伤级别的确定以及构建水雷功能毁伤树,建立了水雷目标易损性模型;分析了超空泡射弹水下侵彻水雷目标的一般过程,建立了水雷等效靶模型;采用AUTODYN完成了水下超空泡射弹对水雷侵彻毁伤过程的数值仿真.仿真结果表明,钨芯射弹在相应临界速度下能够穿透水雷壳体并破坏引信舱内部构件,造成水雷失效.     

水下高速射弹超空泡减阻特性研究

基于Rayleigh-Plesset单一介质可变密度混合多相流模型,利用Fluent6.2对带圆盘空化器射弹的阻力特性进行了数值研究.计算了圆盘空化器射弹的空泡形态,分析了空化器直径、空化数、射弹长径比、超空泡形态对射弹超空泡减阻特性的影响,计算了高速射弹的自然超空泡减阻率.结果表明,空化数变化对射弹的阻力特性影响不大;头部空化器直径对射弹阻力系数影响明显;在超空泡状态下,增大射弹长径比,射弹阻力系数减小;高速射弹的超空泡减阻率可达95%以上.     

跨超音速射弹的超空泡数值模拟

使用Fluent6.3的UDF功能,研究了射弹在水中跨超音速下产生的超空泡流场.在Mixture模型下分别计算了水不可压和可压两种状态下超空泡射弹的流场,对两种状态下流场做了对比分析,表明在跨超音速下,水的可压缩性会增加射弹的阻力;另外,模拟了可压单相流的射弹流场,得出射弹周围温度场的分布,结果表明射弹运行的结果会产生大量的热;最后将Fluent6.3的计算结果同Fluent6.2的计算结果做出对比.     

超空泡射弹动力学稳定性分析

运用动力学方法研究了超空泡射弹在水中的稳定性,建立了水中运动的数学模型。分析表明:细长型的弹丸外形设计加快了射弹在弹丸轴方向上运动的衰减,对弹丸在水中运动的稳定性有很大的影响,能提高弹丸水中运动的稳定性。     

重力对超空泡射弹稳定性的影响

研究了重力对超空泡射弹水中运动稳定性的影响。根据射弹在水中是否与空泡壁发生碰撞的2个状态,建立了射弹运动稳定性数学模型。分析表明,对于相同质量和长度的射弹,射弹质心靠前或射弹头部质量密度较大,有利于射弹运动稳定性。     

水下高速射弹超空泡形态与阻力特性研究

基于Rayleigh-Plesset方程的单一介质可变密度混合模型,建立了自然空化流动的多相流模型,利用软件Fluent6.0对水下高速射弹空泡流动进行了数值模拟,计算了4种射弹模型在高速运动下的超空泡形态以及阻力系数,分析了射弹空化器直径、长细比和空化敷等对射弹超空泡几何形态以及阻力特性的影响.仿真结果表明,随着空化数的增加,超空泡直径与长度减小;空化器直径对射弹阻力特性的影响显著;增加航行体的长细比,可以获得更小的阻力系数.     

水下高速射弹超空泡流特性分析

基于Rayleigh—Plesset方程的单一介质可变密度混合模型,建立了水下高速射弹自然空化流动的多相流模型,通过商业软件Fluent自定义函数将边界条件中的来流速度改写为时间函数并嵌入到软件中,分析了射弹在水下高速运动过程中超空泡几何形态的变化规律及其阻力特性,仿真结果表明：超空泡的相对长度、相对直径以及长细比随空化数增加而减小;超空泡的长细比越大,射弹的阻力系数越小;随着射弹速度衰减,射弹总阻力系数增大。     

基于Logvinovich原理射弹超空泡形态解析解研究

为快捷、简便地分析运动射弹的超空泡形态,利用Logvinovich原理、Riabouchinsky空泡闭合模型和射弹动力学方程,推导了射弹运动过程中空泡形态解析解和空泡参数的计算公式,得到了自然超空泡扩展的一些规律。计算结果与经验公式比较,吻合较好。算例分析表明:首尾压差对射弹速度影响较小,当射弹速度不小于100m/s,射弹在水中的深度不大于100m时,压差的影响可以忽略;完整空泡扩展时间非常短,且随着射弹运动时间增大而减小,逐渐趋于平缓;空泡数0.06、射弹速度60m/s左右时,超空泡开始蜕化为局部空泡。     

国外超空泡武器技术

简介了美、德两国超空泡武器技术的情况。     

超空泡技术的应用现状和发展趋势

综述了超空泡技术的应用背景、理论基础、研究概况和目前存在的问题．文章从空泡流理论出发。介绍了超空泡的定义、超空泡减阻的基本思想和超空泡鱼雷的工作原理，并分析了超空泡技术研究中的关键问题和未来发展趋势．     

基于多体分析的火炮典型机构设计系统开发

基于有限元软件ABAQUS的二次开发技术设计了火炮多体机构动力学分析专用系统,该系统能够实现火炮机构的参数化建模、多体动力学、零件结构力学的自动化仿真分析;对系统各功能模块的实现方法、内部调用机制以及开发的关键技术进行了讨论,并以火炮抽壳机构的多体动力学分析作为示例进行了演示,表明该分析系统有效简化了火炮机构分析的操作过程,可有效地提高火炮机构的设计效率。     

衡重参数对超空泡射弹有效射程的影响

为研究衡重参数对超空泡射弹有效射程的影响,基于流体体积多相流模型和刚体空间运动方程组,建立超空化流场和刚体运动相耦合的仿真方法,通过与文献\[23\]试验结果对比验证仿真方法的合理性。通过仿真计算研究超空泡射弹的水下弹道运动特性,获得质心位置、质量等典型衡重参数对射弹有效射程的影响规律。研究结果表明：超空泡射弹的水下弹道具有稳定尾拍现象,尾拍的波长和振幅近似恒定;后移质心可有效增加超空泡射弹的水下增程,质心位置后移9%,水下射程提高14%;增加射弹质量可显著增加水下射程,质量增大150%,水下射程提高70%。     

高速射弹表面超空泡形成特性的数值计算分析

基于均质平衡多相流理论,建立了水下高速射弹超空泡形成过程的数理模型,对12.7 mm口径射弹进行了水下射击试验,验证了模型的合理性。对不同速度的76 mm射弹进行了数值模拟。结果表明:在弹丸表面,沿轴线各点依次产生空化现象,但在弹丸头部区域内各点水蒸气含量呈线性增加;在弹丸圆柱部区域,各点水蒸气含量先快速上升至0.3～0.4,随后维持平台期,再快速上升。射弹速度越快,平台期越短,超空泡形成得越快,超空泡形成时间满足指数型变化规律。在弹丸头部,空泡发展速率由快速的线性衰减阶段过渡到近似呈缓慢线性衰减的阶段。射弹速度越快,空泡发展速率越高,第一阶段中衰减得越快,衰减幅度也越大,而第二阶段中的衰减速度几乎不变。在弹丸圆柱部,空泡发展速率的变化分为快速衰减阶段与缓慢衰减阶段。射弹速度越快,空泡发展速率越高,第二阶段中衰减得也越快。弹丸表面摩擦阻力系数变化特性与弹丸圆柱部空化特性相对应。弹丸速度越快,阻力系数衰减越快,达到稳定时的值也越小;当速度高于1 100 m/s后,阻力系数达到稳定的时间几乎不变,达到稳定时的数值变化也不大。     

基于红外区截法的高炮射弹初速测量技术研究

针对高炮初速闭环校射中炮弹初速测量的需要,研究了利用红外区截法实现高炮射弹初速实时随动测量技术。在炮口后效区设置两个相邻的光电靶,利用炮弹出炮口飞行时对红外线信号的遮挡效应,检测炮弹经过两个光电靶的时刻,经过解算得到射弹的炮口初速。经外场实弹射击试验证明,该技术可在后效区内实现射弹初速测量。     

火炮补弹机构输弹器的数值仿真分析

为满足现代技术和战争形势对自行火炮的发展要求,确保其快速准确补弹,对火炮补弹机构输弹器进行数值仿真分析.以某型火炮补弹机构为研究对象,基于火炮补弹机构输弹器本身的特点和承载特性,在力学分析基础上利用有限元法对火炮补弹机构输弹过程中的该装置的运动情况进行了数值仿真,使用RecurDyn软件进行动力学仿真,并使用ANSYS WOEKBENCH有限元软件进行静力学分析.仿真结果表明:该装置能够快速地将弹药补给车中的弹丸输送到火炮内的自动弹仓中,满足输弹机性能的要求,可为火炮补弹机构输弹器设计提供技术支撑.     

某火炮伺服系统数字电流环研究

针对火炮伺服系统模拟电流环存在控制参数不易调整、抗噪声干扰能力不足等缺点,基于现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)设计了数字电流环的硬件电路和软件代码,并对电流环进行dSPACE扫频测试、仿真分析和性能测试.结果表明:基于FPGA的数字电流环性能优越,可满足火炮伺服系统的要求.     

基于层次模糊评价的自行火炮系统效能评估

在层次分析法的基础上,运用模糊评价的方法,综合考虑自行火炮自身系统以及在作战运用中的多种情况,建立了完备的自行火炮作战能力评估结构体系。该模型为自行火炮作战效能提供了一种有效的评价体系,实现了对其作战效能的定量评估。     

基于支持向量数据描述的火炮自动机故障状态监测技术研究

针对火炮自动机故障状态监测问题,提出了一种基于支持向量数据描述的故障状态监测模型。利用搭建的自动机振动测试平台获取自动机振动信号,采用变模态分解方法将振动信号分解为多个本征模态分量,计算各个分量的样本熵值作为故障特征,并以正常状态下的自动机故障特征为训练样本进行SVDD模型的训练,训练过程中根据模型特点找到合适的模型参数,完成自动机状态监测模型的构建。在自动机测试平台上设置多种预制零件故障进行模型的验证,结果表明所建立的状态监测模型对异常状态的发生有很强的敏感性,具有较高的检测准确率;同时设计了关重件模拟性能退化试验,试验结果验证了所提出的模型具有良好的早期故障检测能力,可较为准确地反映自动机故障性能退化过程,可为火炮自动机故障状态监测提供一定的借鉴和指导。