多发弹丸同时起爆下破片飞行速度实验研究

通过自行设计模拟弹丸,按照靶场试验要求利用通靶和多路测时仪相结合的方式,分别对单发弹丸爆炸和多发弹丸爆炸所形成破片的飞行速度进行了实验研究,得到了两种情况下弹丸破片飞行的速度,并对格尼公式的计算结果进行了对比分析。研究结果表明多发弹丸爆炸时的破片飞行速度与单发弹丸爆炸时的破片飞行速度相差不大,但两者都小于格尼公式的计算结果。     

爆炸驱动球形破片飞散的数值模拟

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对球形破片在爆炸驱动下的飞散动态进行了数值模拟,获得了破片初速、飞散角分布及驱动过程的物理图像,模拟了多段串联式弹丸分段延时起爆后破片的空间分布特性.数值计算结果表明,利用分段延时起爆能够使后续破片较好地弥补前一层破片飞散后形成的破片"真空",并在一定时间和空间内形成破片群阵列,从而达到对目标高效毁伤的目的.     

基于ALE方法的预制破片战斗部数值研究

为了研究杀伤破片场的分布规律,采用ALE方法对预制破片战斗部在空气中的爆炸效应进行了数值研究。建立单层离散破片的战斗部有限元模型,对压力场的分布规律、破片的飞散特性进行了数值计算,并根据模拟结果拟合了破片的分布密度函数。计算结果与实验结果一致性很好,表明:采用该方法模拟预制破片战斗部的破片飞散过程具合理性和有效性。     

弹丸头部形状对前置破片飞散的影响

为研究弹丸头部形状对前置破片飞散特性的影响,应用ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件模拟前向增强预制破片弹的爆炸过程.研究在不同曲率半径头部壳体上破片层的破片飞散速度及飞散角的关系,以及连接螺对前置破片飞散特性的影响.结果表明:破片层头部的破片速度主要为轴向速度,而尾部破片主要是径向速度,且破片初速及头部的破片飞散角随弹丸头部壳体曲率半径的增大而减小.同时,连接螺主要影响破片层尾部破片的飞散特性,并对中部的破片也有一定的约束.     

弹丸破片空间分布规律研究

文中在对弹丸破片空间分布规律进行了理论分析的基础上,结合球形靶试验和弹丸破片初速试验,得到了弹丸空炸时破片初速和破片密度随落速变化曲线图。本结论符合实战情况,对改进弹丸结构设计,提高杀伤威力具有指导意义。     

弹丸破片速度衰减规律研究

采用理论分析和试验测试相结合的方法,对弹丸破片的速度衰减规律进行了研究.通过理论分析得到计算弹丸破片迎风面积的数学模型,由试验得到某型远程杀伤弹破片的质量分布情况和初速分布情况,通过数值分析,用Matlab绘出了该弹破片速度衰减曲线.结果表明,初速和飞散距离相同的破片,破片质量越大,存速越大.该方法对于计算弹丸杀伤半径和杀伤面积有实际意义.     

D字形预制破片战斗部破片能量分布特性

为了分析非对称结构在爆炸作用下的能量输出规律,文中以D字形结构为研究对象,对其在端部偏心和中心起爆下的破片飞散特性进行了实验研究,同时结合有限元计算软件LS-DYNA对5种不同结构在不同起爆方式下的破片飞散过程进行数值模拟,获得了破片能量分布规律.研究结果表明:双端面偏心起爆为D字形结构起爆的最优方式,横截面直线部分对应的圆心角介于90°～ 120°间时毁伤效果更好.     

高超音速导弹爆炸破片飞散特性建模分析

为研究高超音速导弹爆炸破片的飞散特性,基于导弹的破片静爆实验数据,在三维球坐标系下推导出导弹破片的动态和静态飞散密度的比函数表达式,建立了破片的三维动态数量分布模型。以半经验公式求得破片数量分布的特解,结合破片分布的Mott通解表达式,求得破片质量分布模型。对于不同类型的爆炸破片,分别以飞行距离和飞行时间描述其运动方程,通过将破片运动的非线性微分方程转换为Bernoulli方程和Riccati方程的形式,建立了破片动态飞散速度的解析解模型。在此基础上,建立了高超音速导弹爆炸破片的杀伤场模型,为近程武器系统的作战应用提供了重要的技术参考。     

射弹破片三维空间飞散矢量模型

针对破片毁伤的关键环节,对破片飞散规律进行研究。根据实弹射击试验,得到榴弹破片飞散分布规律,建立榴弹破片飞散假设,以此建立榴弹破片飞散场模型;依据单个破片飞散经纬角和炮弹落角,建立单个破片静态飞散矢量模型和动态飞散模型,并以152 mm伤爆弹对目标进行毁伤模拟。实验结果表明:该模型数据在毁伤目标概率50%以上时,与实际实弹试验数据情况基本吻合。     

展开角度及起爆位置对轴向展开式定向战斗部性能的影响

为了研究轴向展开式定向战斗部的毁伤效能,采用AUTODYN软件系统分析了展开角度及起爆位置对轴向展开式定向战斗部破片性能的影响,获得了战斗部轴向展开角度及起爆位置对形成破片质量分布、飞散速度及飞散角的影响规律。结果表明,前向爆炸成型弹丸(EFP)速度随轴向展开角增大而逐渐减小。而EFP长径比增加,翼径比为4.2左右,战斗部轴向展开角的增大可提高有效破片质量百分比,破片最大飞散速度出现在距起爆端约33.33%处,起爆位置在装药外侧时战斗部的有效破片百分比达67.57%;选取战斗部的轴向展开角度为60°左右,且起爆点位于最外侧,可实现轴向展开式定向战斗部定向与汇聚打击的高效毁伤功能。     

杀伤爆破弹弹体异常淬火时弹底大破片形成机理

以某杀伤爆破弹爆炸产生回飞弹底大破片事故为背景,开展弹底大破片产生原因和相关故障分析。利用金相显微镜观察、比较实际回收的弹底大破片和正常弹体的微观组织,测试获得材料性能参数。据此,采用AUTODYN-3D软件数值模拟不同拉伸破坏极限下异常淬火弹体内爆驱动弹底膨胀、断裂过程,得到弹底断裂状态、速度分布及裂纹衍生等。通过异常淬火弹体进行静爆试验,复现了故障状态。结果表明：异常淬火弹体与弹底大破片的微观组织均会出现大量回火索氏体与上贝氏体混合组织,提高了材料塑性和屈服强度;随着弹体拉伸破坏主应力提高,爆炸加载后的弹底由完全断裂形成的数块破片,逐渐过渡为带裂纹、层裂破坏区的弹底大破片,且数值模拟结果与实际回收的弹底大破片形貌、尺寸吻合较好;发生在弹底的断裂模式包括轴向“崩落”、外侧层裂以及径向裂纹的衍生与扩展;异常的淬火过程改变了弹体材料性能,将导致内爆加载下弹底大破片的产生,进而造成回飞事故。     

杀爆弹破片与冲击波对地面人员目标综合毁伤

从杀爆弹实际毁伤过程出发,在前人破片毁伤基础模型上,提出了针对地面人员目标的破片与冲击波两种作用条件下综合杀伤概率计算方法。并以某弹在攻击角度为65°作为实例,对单发与多发弹在不同爆炸高度综合杀伤概率进行了计算。结果表明,随着爆炸高度的增加,杀伤概率整体下降,并且单发弹杀伤概率等势分布区域,由椭圆形变成脚掌形。对于多发弹在相同爆炸高度条件下,其杀伤概率等势分布形状不变,但杀伤概率与分布面积随弹数增加而增加。本研究的计算方法与结果可为杀爆战斗部设计与实际应用提供参考。     

基于射击线技术的杀爆战斗部杀伤面积计算

针对杀伤面积进行计算时,通常借助统计学原理建立破片的空间分布规律,并向目标方向投影,从而得到破片密度和杀伤面积,提出了采用射击线技术描述全部破片的飞行轨迹参数和威力参数,完成杀伤面积的计算;基于杀爆战斗部破片飞散参数,建立了破片弹道射击线模型;对杀爆战斗部的杀伤面积进行了计算,得到了杀伤面积与导弹落速、落角、炸高之间的变化关系;计算结果表明：在一定的落角和炸高时,随着导弹落速的增加,破片杀伤面积增大;一定的落速和炸高时,随着落角的增加,破片杀伤面积也增大;在设定落速为500 m／s 时,计算落角分别为20°、40°、60°、80°、90°均存在一个使杀伤面积最大的炸高,由此可确定杀爆战斗部的最佳炸高。     

超高射频武器系统的设计与分析

基于串联预装填发射原理,给出了超高射频发射系统设计,就弹丸结构、装药结构和控制方法进行详细讨论。针对超高射频的特点设计了系统实验方案,按照不同的射频进行了多发弹丸连续射击,电子点火控制系统可以实现60 000 r／min的点火,全系统射频达到30 000 r／min,测试了点火脉冲及其频率、弹丸膛口速度、实际射击频率以及膛内压力变化曲线,并对实验结果进行分析讨论。实验验证了超高射频发射系统设计的合理性。     

三角形截面弹丸的飞行性能研究

通过靶道试验对比,研究了三角截面杆弹和圆形截面弹的飞行性能.利用试验数据判读处理出弹丸的飞行速度降曲线和章动曲线,拟合得到弹芯的主要气动力和力矩系数,试验分析了三角形截面弹和圆形截面弹的气动特性和性能.研究结果表明,三角截面杆弹具有较小的阻力特性和较好的飞行稳定性;在低转速条件下,三角截面杆弹具有较强的马格努斯效应,抗干扰能力较差;三角截面杆弹相对于圆形截面弹具有较大的升阻比、较好的机动性,三角形截面可应用于有控弹箭的外形.     

基于化学反应的高超声速弹丸头部气动热预测

为了准确预测高超声速弹丸表面的气动热问题,在考虑热化学反应的情况下,基于SST k-ω、表面反应和二维非稳态热传导方程,建立了高速流场与弹丸结构紧密耦合的传热模型,并以某外形高超声速弹丸为研究对象,采用数值模拟方法,在不同飞行高度、不同飞行马赫数等条件下对比计算了有、无考虑化学反应时弹丸表面的气动热分布情况。计算结果表明,考虑化学反应对弹丸表面的热流密度有较大影响,弹体表面温度及其驻点处温度均有明显提高; 在飞行马赫数为5.5,飞行时间为1.5 s的情况下,随着飞行高度的增加,弹丸驻点处及弹身表面的温度会降低,但各高度上弹丸驻点处的温度在考虑化学反应较未考虑化学反应时高约200 K; 随着来流马赫数的增加,化学反应产生的热量越多,弹体表面及驻点处的温度增加越大。研究结果对高超声速弹丸的气动热预测与热防护具有一定的参考。     

导弹撞击水幕动态响应数值模拟研究

利用ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件,对掠海飞行导弹撞击水幕的动态过程进行模拟,分析了水幕厚度对导弹飞行速度、弹体载荷以及弹体头部压力的影响。分析结果表明:水幕厚度变化对弹体飞行速度变化影响很小;导弹整体过载与水幕厚度以及弹体初速有关,水幕厚度小于0.4 cm或大于8 cm时弹体的轴向过载随弹体速度增加而增加;当弹体飞行速度在300 m/s左右,弹体头部获得最大的冲击压力。数值研究结果为分析研究爆炸水幕形成技术以及水幕反导毁伤机理提供了数据支撑。     

陶瓷/金属复合靶受12.7 mm穿甲燃烧弹侵彻时弹靶破碎特征

弹靶破碎特征对陶瓷/金属复合装甲的抗弹性能有明显的影响,针对这一现象,进行12.7 mm穿甲燃烧弹垂直侵彻不同陶瓷材料下的陶瓷/金属复合靶板的实验研究。通过观测回收的弹芯及靶体陶瓷宏观破坏形貌,分析不同陶瓷材料与弹芯及陶瓷主要破坏特征之间的关系;通过对碎块的多级筛分称重,开展对不同陶瓷材料下弹芯及陶瓷面板的碎块尺度分布规律的研究。试验结果表明不同断裂韧性对陶瓷和弹的破碎形态及碎块粒径分布有明显影响：当陶瓷的断裂韧性增大时,弹芯小碎片的质量减小,大质量碎片增加,破碎程度减小;陶瓷半锥角增大,径向裂纹减少,陶瓷锥内破碎区碎块尺度呈增大趋势,故整体陶瓷锥破碎区占比提升;弹芯碎块及破碎后的陶瓷碎块粒径累计质量分布符合幂律分布模型。其中弹体碎裂主要分为两个部分,较大的碎块主要是由压剪断裂及应力卸载所导致的拉伸断裂所致,细碎化只发生在弹体头部,主要是由应力波产生的微裂纹与冲击诱发的粒间裂纹相互作用所致;径向裂纹及陶瓷锥是陶瓷冲击破坏的主要表现形式。     

弹道修正引信中的地磁信号及其抗干扰研究

为了利用地磁传感器获取弹道修正弹的飞行姿态角,分析了磁场高度、地磁异常、弹体磁场干扰和系统噪声及其对地磁信号的影响情况,提出了相应的抗干扰措施.介绍了基于地磁探测的弹丸滚转角辨识原理,进行了滚转角辨识系统静态与动态试验.结果表明,利用弹载地磁传感器并结合抗干扰措施所获得的地磁信号稳定可靠,可为弹丸飞行姿态角探测所利用,实验室条件下滚转角辨识精度在5°以内.