电热加速器集总参数模型弹道效应分析

电热轻气炮是实现弹丸超高速发射的一种有效途径，在其放电过程中，电能密度，充气压力，药室容积以及工质种类等参数是影响系统弹道性能的重要因素，本文在给出电热轻气炮数学模型基础上，利用所建内模弹道与放电回路的耦合编码详细分析了主要系统参数地弹道性能，能量利用率的影响，以１２．７ｍｍ口径氦工质电热轻气炮为例，在弹丸质量为８ｇ时，对系统参数进行了优化设计。     

二级轻气炮内弹道过程数学建模及数值仿真

根据二级轻气炮的发射特点,采用经典内弹道模型描述药室里火药燃烧状况和活塞运动,同时采用一维非定常可压缩流动模型描述轻气室里的气体流动状态和弹丸运动,并通过活塞的运动状态将两者耦合,从而建立起二级轻气炮发射过程的内弹道数学模型;以某30 mm／120 mm轻气炮为基本计算模型,运用四阶Runge-Kutta法求解药室方程,运用二阶MacCormack格式求解轻气室方程,通过两部分的交替计算,实现二级轻气炮内弹道过程的数值仿真,为二级轻气炮的参数设计和发射性能的提高提供了理论依据。     

利用轻气炮进行侵彻试验的高速摄影法探索

为获取轻气炮冲击实验有效的观测方法,设计了一种用于一级轻气炮的高速摄影系统,给出了摄影系统的布王、安全防护和光路设计.利用该实验系统研究了弹丸垂直冲击靶体和斜冲击靶体情况下,弹丸碰靶前的飞行姿态、碰靶后的侵彻过程以及混凝土靶体飞溅物的运动状态等,结果表明高速摄影方法在轻气炮进行冲击过程中能够捕捉到弹丸在整个冲击过程中速...     

用于材料动态性能实验的单级轻气炮

轻气炮是研究材料的动态响应,即研究击波在固体中的传播规律及其效应的有效工具。本文详细地描述了口径为101mm的一门单级轻气炮,包括参数选择、结构特点和技术性能。弹速能在50～1450m/s范围内连续可调,速度的不重复性小于±5%(一般在±3%以内)。速度低于600m/s时,以氮气作为驱动气体;速度高于600m/s时,以氢气作为驱动气体。驱动气体的最大压力为30MPa。在速度低于50m/s时,采用负压击发,改善了炮的低速性能。撞击面倾斜角一般低于10~(-3)rad。速度在300m/s以下时,可实现试样的软回收。     

含能材料防护屏在球形弹丸超高速撞击下的穿孔特性研究

以空间碎片防护设计为工程应用背景,将亚稳态含能材料应用于空间碎片防护结构。利用二级轻气炮对聚四氟乙烯/铝（PTFE/Al）含能材料防护结构进行了不同面密度、不同弹丸直径、不同速度的超高速撞击实验,获得了撞击过程中的高速摄像图片及光学高温计信号。分析结果表明,含能材料防护屏超高速撞击瞬间发生了可靠的冲击起爆反应,根据反应度的不同可分为冲击爆轰区、破碎爆燃区、零反应破碎区3个区域。基于实验结果,建立了铝合金弹丸超高速撞击PTFE/Al含能材料防护屏穿孔直径的无量纲经验公式。利用实验与分析结果验证了数值模拟的有效性,获得了环境温度对PTFE/Al含能材料防护屏超高速撞击穿孔特性的影响规律。     

空间碎片清除轻气炮内弹道参数优化选择

根据空间碎片清除航天器中轻气炮载荷的特殊设计需求,在1 200 m/s目标弹速的设计要求下进行内弹道参数的优化选择。利用内弹道方程选择了最佳气室容积与驱动气体种类。以轻气炮炮身质量和弹丸炮口速度两个优化指标进行气室压强和炮管长度的选择,分别利用质量估算和AMEsim仿真模型建立轻气炮质量方程与弹丸炮口速度方程,并利用权重系数联系两方程建立评价方程,分析了不同的权重系数下的炮管长度和气室压强的选择原则,建立了系统的碎片清除轻气炮内弹道参数选择方法。     

用于三级轻气炮弹速测量的改进型激光测速系统

激光测速技术几乎可以满足各类轻气炮实验中的弹速测量要求,具有响应速度快、对弹丸种类和形状无限制等优点。三级轻气炮中弹丸加载速率较高,高温弹前激波的发光干扰给弹丸激光测速带来很大的困难。对弹前激波的发光强度进行了理论分析和估算,并综合采用增加弹道消波装置、改善激光光路、优化测量电路等技术手段,改进了传统激光测速系统,增强了测速系统的抗干扰能力,提高了信噪比,实现了三级轻气炮中非金属弹丸高达8.11 km/s弹速的精确测量。     

单级感应线圈炮弹丸出口速度与效率影响研究

驱动线圈是同步感应线圈炮的主要组成部分,其结构对系统性能有着重要的影响。通过分析储能型单级感应线圈炮的工作原理和电路模型,利用 Ansoft有限元软件,分别建立了短距、中距、长距3种结构驱动线圈模型,计算了多种弹丸启动速度下的最佳触发位置及单级线圈效率。计算结果表明：3种结构驱动线圈最佳触发位置均随弹丸启动速度增加向线圈底部（炮尾）方向移动;短距线圈效率最低,随弹丸启动速度增加而降低;中距线圈效率最高,先随弹丸启动速度增加而增加,增加到一定值随后再降低;长距线圈效率居中,随弹丸启动速度增加而增加。     

内弹道过程中气体工质做功能力计算分析

计算分析了3种假设条件下不同气体工质的极限速度,理论推导真空中气体工质自由膨胀所获极限速度的关系式,建立了三维非定常条件下35 mm等截面轻气炮数学模型,采用ANSYS-CFX软件对不同气体工质所获弹丸初速进行模拟计算,对比了不同比例的氢氦混合气体对轻气炮弹丸初速的影响.结果表明:氢气是做功能力最强的气体工质,并且氦气在发射小质量弹丸时具有显著优势.     

基于应变测试系统的二级轻气炮活塞运动测量

为了研究活塞在二级轻气炮泵管中的运动过程,利用应变测量技术对活塞运动规律进行测量研究。通过对57 mm/10 mm二级轻气炮泵管外壁按一定距离布设应变片测点,对轻气炮发射过程中的活塞运动导致泵管环向应变进行监视测量,直接得到典型实验条件下活塞运动过程中的内弹道压力变化,并通过推导得到活塞运动时程及位移与弹底压力的关系。结果表明：实验得到的活塞速度、位移之间关系与相关理论计算结果吻合良好,验证了该方法研究活塞在轻气炮内弹道运动规律的可行性,为优化轻气炮内弹道程序参数和提高二级轻气炮的发射性能提供实验支持。     

卵形弹体超高速侵彻砂浆靶的响应特性

为研究砂浆靶目标在动能弹超高速撞击下的破坏响应,利用2级轻气炮开展卵形头部钢杆弹以1 200Symbol~A@2 400 m/s速度侵彻砂浆靶的实验。根据侵彻实验结果,分析得到：靶体开坑直径和开坑深度与撞击速度呈线性关系;随着撞击速度的增加,侵彻深度呈现先线性增加、后逆减、再缓慢增加的趋势,分别对应刚性侵彻、半破碎侵彻和破碎侵彻3种截然不同的侵彻机制。基于前述分析,以内摩擦理论为基础,结合弹体质量损失函数,推导得到刚性侵彻和半破碎侵彻深度计算公式,并与实验结果进行对比。结果表明：考虑弹体质量损失的侵彻深度计算模型理论计算结果与实验结果吻合较好,解释了超高速侵彻过程中侵彻深度逆减的特殊现象,揭示了砂浆靶中侵彻深度变化规律的内在机理。     

结构与装填条件对二级轻气炮发射性能的影响

通过建立数学模型,运用数值计算方法进行求解,实现了二级轻气炮发射过程的理论计算,并以25 mm/100 mm二级轻气炮为基本模型,计算了其在多种不同结构参数和装填条件下的一系列发射过程.通过对大量计算数据进行系统分析,总结出结构参数和装填条件对二级轻气炮发射性能的影响规律,并根据这些规律,给出了一些提高二级轻气炮发射性能的建议.     

高强高模聚乙烯复合材料超高速碰撞实验研究

高强高模聚乙烯(UHIMPE)复合材料具有许多优异性能,在航空航天领域有着广泛的应用前景。利用二级轻气炮,开展了UHIMPE复合材料Whipple防护结构超高速碰撞实验,并与相同面密度的硬铝2A12进行了对比,对前板开孔和后板破坏情况进行了测量和观察。根据实验结果定性分析了UHIMPE复合材料防护结构弹道极限曲线的走向。实验结果表明,UHIMPE复合材料不能更有效地破碎弹丸,有着比硬铝2A12更差的防护性能。     

枪口压力对水下发射膛口流场特性的影响

为了研究机枪水下发射枪口燃气喷射压力对膛口流场分布特性的影响,基于流体计算软件FLUENT,采用结构化网格并结合动网格技术,建立了水下枪膛口流场二维轴对称仿真模型,针对14.5 mm水下枪,分别采用30 MPa、45 MPa和60 MPa燃气喷射压力对水下密封式发射膛口流场进行了数值模拟。计算结果表明:3种枪口喷射压力条件下,火药燃气喷出膛口后都迅速形成射流膨胀区,膛口轴向压力急剧衰减,燃气扩展过程中受到水和弹丸的较大阻力,在弹后空间聚集,使得压力有不同程度的升高; 燃气喷射压力在30～60 MPa范围内,膛口马赫盘初步形成的时间略有不同,约在145～152 μs之间,压力越小时,马赫盘形成越早且弹丸越早脱离火药燃气的包围; 3种压力条件下马赫盘距离膛口中心位置随时间的变化都呈指数分布规律。     

多次模拟弹射载荷作用下水泥混凝土路面动态响应

道路结构作为承载基础,与发射装备构成了动力耦合系统,冲击载荷作用下路面的响应特性将直接影响到导弹发射安全性。为研究多次弹射载荷下水泥混凝土道路结构的动态响应,以压缩空气为动力源搭建模拟弹射载荷生成装置,在三维试槽中铺筑水泥混凝土路面,面层中铺设应变传感器,土基中埋设土压力传感器,通过多次冲击加载试验获取模拟弹射载荷作用下土基压应力和面层应变变化规律,分析土基内压应力与深度及载荷作用面中心点距离间的关系,得到多次模拟弹射载荷下面层破坏形式及破坏机理。研究结果表明：冲击压力与土基峰值压应力呈线性关系;距离载荷中心点3 300 mm处,不同模拟弹射载荷下各深度处的土基压应力峰值已经非常小,模拟弹射载荷的径向影响范围为3 300 mm以内;模拟弹射载荷较小时面层为弹性变形,模拟弹射载荷增加到0.77 MPa时混凝土面层产生辐射状贯穿裂缝;弹射载荷作用下路面出现整体沉降。     

基于ADAMS 的某机枪浮动装置动力学仿真分析

为减小重机枪发射过程中的后坐力,提升武器系统发射稳定性,建立安装有浮动装置的机枪系统发射动力学模型。基于多体动力学理论,以ADAMS软件为平台,建立某通用机枪的虚拟实验,并对其进行动力学仿真,得到机枪射击过程中机框浮动速度和后坐力曲线。结果表明:重机枪采用合适的浮动发射机构能大幅度降低射击后坐力,可为改进重机枪系统射击性能提供参考。     

空间绳网二级发射模式动力学分析

借鉴降落伞“先拉出、后展开”思想,提出一种空间绳网二级发射模式,并建立了数值仿真模型。该发射模式将绳网拉出展开过程分解为拉出和展开两个步骤,进行分步控制,保证了绳网规则、有序地拉出,避免了绳网拉出展开过程中的缠绕、穿透和打结等问题。将数值仿真结果与地面试验数据进行对比,验证了该模型的有效性和可用性。空间绳网二级发射模式的提出与仿真模型的建立为空间绳网发射优化设计提供了一种参考途径。