侵彻引信过载特征等效低成本考核方法

围绕对高速侵彻引信在不同工况下功能充分考核的需求，针对全尺寸弹体侵彻试验成本高且难以实现多工况考核的问题，提出基于低成本火炮缩比弹和原型弹在过载峰值、持续时间以及粘连度三个特征量等效的引信等效试验方法。建立了基于125 mm加长弹的等效缩比试验，通过仿真和试验验证表明在低成本火炮基础上，可通过构建弹、靶、工况的缩比模型，实现全尺寸战斗部侵彻过程中引信动态响应特性的等效，实现引信不依赖全尺寸战斗部的独立考核试验，为引信多工况下功能考核验证提供支撑。     

平头钢弹侵彻钢靶板过载特性的数值分析

利用LS-DYNA软件,研究了平头钢弹侵彻钢靶板时的过载特性,针对几种典型的弹体初速度、弹体长径比进行了模拟计算,得到了各种条件下的弹体侵彻过载曲线,分析结果表明：着速、弹体长径比及弹体结构响应对侵彻过载均有很大影响,并得到一些定量结论,可为硬目标侵彻引信的设计及抗高过载加速度传感器的选择提供理论依据。     

复合战斗部侵彻引信分布式探测过载响应

针对复合战斗部高速侵彻多层目标时,传统弹底引信过载信号出现振荡信号混叠,难以精确计层的问题,提出通过研究不同部位过载响应以提高计层精度。建立了复合战斗部分布式引信系统模型以及复合战斗部侵彻5层钢筋混凝土靶有限元模型,分析数值仿真获得的弹体过载信号,得到应力波在弹体中的传播规律：弹速越大,靶间距越小,弹长越长;层间飞行过程中应力波在弹体内部循环次数越少,侵彻过程更加明显;从频域角度分析了不同部位三轴过载信号的相关性,发现径向振荡对轴向过载有很大影响;对比900,1 300,1 700 m/s速度下不同部位过载信号,发现复合战斗部高速侵彻目标时弹体前段过载响应优于弹尾。获得了复合战斗部应力波传播规律,总结了不同部位过载响应特征异同,为基于分布式探测、数据融合的侵彻过程识别提供仿真数据支撑。     

基于变分法原理的侵彻弹体头部形状优化设计

针对刚性弹体侵彻半无限混凝土靶,利用量纲分析方法分析了介质阻力的基本形式,比较了几种经验模型的阻力规律。基于空腔膨胀理论分析了弹头形状对弹体受力的影响,以平滑弹体过载为目标,利用变分法的基本原理分析了不考虑摩擦力影响时弹头形状函数的优化形式,并与几种常用弹头形状函数进行了比较。基于LS-DYNA 3D的数值模拟计算结果显示具有优化函数头部形状的弹体侵彻过载可有效降低,有利于改善弹体受力状态和提高弹体侵彻性能。     

弹药侵彻混凝土过载性能的数值模拟

通过建立弹靶系统,分析侵彻模型及弹体内部炸药所受冲击载荷的动态响应,旨在揭示弹药在侵彻混凝土冲击环境下的过载特性,进而运用ANSYS/LSDYNA模拟软件,采用相应的弹药以及靶板数学模型,对弹药侵彻一定强度混凝土靶板进行了仿真计算,分别得出了弹体与内部炸药的过载曲线.并将弹体的过载曲线与Forrestal模型进行对比,仿真结果表明,弹体过载曲线峰值及总体趋势与该模型吻合较好.而且进一步预测了弹内装药的过载特征,说明模拟结果具有较高的可信度,可为同类弹药侵彻混凝土的过载特性方案设计提供参考.     

侵彻过程中弹载火工品过载特性数值模拟

通过分析弹体侵彻模型及弹载火工品应力波加载机理,揭示了弹载火工品应力波加载的加载状态,并运用LS-DYNA有限元软件对特定侵彻过载环境进行了仿真计算.研究结果表明:弹体过载结果与Forrestal经典试验模型吻合较好;弹体与火工品的过载规律趋于相近,可以通过弹体的过载情况来预测弹载火工品的过载情况.此项研究可为侵彻过载中弹载火工品抗高过载能力评价提供参考.     

弹体非正撞击/侵彻载荷响应的一种半经验分析方法

针对非正撞击/侵彻情况下的弹体结构动响应预示问题,将球形腔膨胀理论与经验方法结合,提出了一种弹体非正撞击/侵彻动载荷计算的半经验方法.基于本文半经验方法,沿终点弹道计算侵彻弹体的动载荷时间历程,进一步运用模态叠加法求解弹体结构动响应,对多个弹体算例的侵彻过载和应力进行预示并与数值仿真结果对比表明本文方法具有较强适应性,...     

基于应力波衰减材料的目标层特征凸现方法

针对多层侵彻过载粘连信号成分复杂、信号处理方法从中提取穿层特征压力大的问题,提出基于应力波衰减材料的目标层特征凸现方法。该方法采用灌封硅橡胶+纳米SiO_2颗粒制备的材料填充至引信壳体内侧,能够将弹体高速侵彻多层硬目标过程中激发的应力波快速衰减,避免了应力波沿着弹体多次重复叠加造成侵彻过载的层间粘连,从而凸现侵彻过载的目标层特征。试验验证表明,同一发弹内采用该材料缓冲测得的侵彻过载层特征较未采用该材料缓冲的侵彻过载层特征明显。     

非圆截面弹体侵彻混凝土靶试验与仿真研究

为研究非圆截面弹体对混凝土靶的侵彻问题,利用30 mm滑膛炮发射平台,开展圆截面、椭圆截面和矩形截面弹体在(400～1 000)m/s速度范围内垂直侵彻混凝土试验研究,得到有效的侵彻深度数据,分析弹体动态响应及靶体的破坏特征,验证非圆截面弹体在一定条件下的相对侵彻优势。基于LS-DYNA动力学软件,建立3种不同截面类型弹体侵彻混凝土有限元模型,研究弹体侵彻过载、开坑大小和弹体抗弯强度等问题。结果表明:相对于圆截面弹体,两种非圆截面弹体的侵彻深度均有提升;由于弹体截面形状的改变,造成混凝土受力状态和破坏机理的变化是非圆截面弹体侵深提高的原因。     

混凝土靶体中侵彻与贯穿的过载估算方法

根据得到的侵彻近区速度场新的表征和侵彻过程中受到的阻力表达式,提出了弹体在混凝土靶体中侵彻与贯穿的过载计算模型,该模型具有宽广的比例换算关系。计算得到了侵彻与贯穿时弹体的过载时程曲线。～通过与国内外实验结果的对比分析,验证了文中方法的可信性。     

反弹道非正侵彻的弹体结构响应实验研究

为研究高速侵彻弹体的瞬态结构响应,利用反弹道实验技术和数字图像相关测试方法,在152 mm轻气炮加载平台上建立了结构弹体非正侵彻2024铝靶的反弹道实验系统。通过弹体侵彻铝靶实验,获得弹体在反弹道非正侵彻过程中的实时响应特性,对比倾角、攻角及倾角与攻角联合侵彻作用下的弹体响应特征,得到了不同侵彻条件下弹体结构的定量响应规律。研究结果表明：攻角对弹体结构弯曲响应的影响更明显,3°攻角侵彻后弹体端部挠度大于10°倾角侵彻的结果,5°攻角大于15°倾角的侵彻结果;5°攻角联合15°倾角的侵彻条件下,弹体头部前1/4处轴向塑性应变可达4.6%,尾部均为弹性变形。     

考虑靶背自由面效应的中等厚度混凝土介质侵彻工程模型

为评估弹丸侵彻和贯穿中等厚度混凝土介质的能力,在半无限混凝土介质靶体侵彻模型的基础上,考虑混凝土靶背自由面效应,通过构造基于混凝土靶背自由面位置相关的阻力衰减函数,修正弹丸侵彻半无限混凝土靶体的侵彻阻力,建立可以快速预测弹丸侵彻混凝土介质的侵彻深度、贯穿速度和侵彻过载等物理量的工程计算模型。模型中加入混凝土冲塞判据,修正了弹丸临界贯穿情况下的弹丸侵彻阻力,可以预测混凝土靶背发生剪切冲塞现象。用模型对低速(650 m/s)和高速(1 100 m/s)两种侵彻速度弹丸侵彻不同厚度C40混凝土靶板试验工况进行计算,计算结果显示弹丸剩余速度计算值与试验结果绝对值误差小于22.1%,弹丸过载与仿真过载峰值误差小于4.4%; 模型对不同侵彻速度下的有限厚度混凝土靶的临界贯穿厚度进行预测,与NDRC经验公式计算结果对比发现本文模型具有更好的计算精度和速度适应范围。     

考虑侵蚀效应的卵形弹丸侵彻混凝土介质模型研究

建立同时考虑弹丸质量损失和头部钝化的迭代计算模型,在弹体和靶体参数已知的条件下可以预测侵彻深度、质量损失、头部形状变化以及过载等侵彻相关物理量。通过对侵彻实验数据的验证分析,提出了一种考虑混凝土骨料硬度与弹体材料硬度比值的侵蚀修正系数,修正后的模型对侵蚀的计算精度增加明显。在修正后的模型基础上,对常用的Forrestal经验阻力公式中的静态阻力项进行修正,新的静态阻力项更加精确地反映了有侵蚀效应的弹丸侵彻混凝土的静态阻力。实验和模型对比发现:骨料硬度和弹体硬度的比值与弹丸质量损失率呈线性关系。     

刚性卵形弹丸对半无限厚铝合金靶的穿深方程

基于圆柱形空腔膨胀模型,将靶板变形所做的塑性功等效为刚性弹在整个侵彻过程所消耗的动能,对用于计算刚性卵形弹侵彻半无限厚铝合金靶板的侵深公式进行了推导.利用MTS万能试验机对2A12T4、6061T6、7075T6共3种铝合金材料进行了室温下的静态力学性能实验,得到了它们的真实应力-应变曲线,并将各参数代入侵深方程进行计...     

变体制导炮弹气动特性分析及弹道仿真

为使制导炮弹在不同飞行状态均保持较优的气动外形,提高飞行效率,增加射程,设计了一种变体制导炮弹,并开展气动参数计算、气动特性分析和弹道仿真等研究。首先根据设计指标确定变体制导炮弹的气动布局,通过迭代优化确定弹翼、鸭舵、尾翼的具体参数,并描述其控制方式和弹道特点; 随后利用工程化算法计算变体制导炮弹的气动数据,分析升力系数、阻力系数和静稳定度等参数与弹翼外形变化之间的关系; 最后根据气动特性分析的结果为所设计的变体制导炮弹制定变体方案,采用hp-自适应伪谱法,分别对变体制导炮弹和固定外形制导炮弹以射程最大为目标进行弹道优化。结果表明:所设计的变体制导炮弹满足设计指标,具有良好的气动特性和操纵性,弹道计算结果表明通过引入变体飞行技术可以使射程提升10%～22.5%,研究结果可以为今后变体制导炮弹的研究提供参考。     

动能弹侵彻混凝土靶性能仿真与研究

应用空腔膨胀理论建立了动能弹侵彻混凝土靶的动力学模型,对动能弹侵彻混凝土靶进行了理论计算。同时,应用HJC损伤本构模型对侵彻混凝土靶进行了有限元数值模拟,对数值模拟与理论计算得到的弹体出靶后的剩余速度及穿靶中的冲击过载进行分析,结果表明理论计算与数值模拟结果数据吻合较好。     

弹丸对混凝土中钢筋结构侵彻效应研究

根据弹丸与钢筋直接发生作用的情况,提出弹丸侵彻钢筋混凝土的近似模型。利用该模型得到弹丸侵彻钢筋混凝土过程中弹丸的加速度时间历程。计算结果与实验结果符合较好。用该模型分析不同配筋结构、配筋尺寸、网眼尺寸对侵彻深度和侵彻过程的影响。结果表明,网眼间距和钢筋直径对侵彻深度影响较大,钢筋混凝土在钢筋层较集中的一侧抗侵彻能力较强。     

刻槽弹体旋转侵彻铝靶试验与数值模拟

为研究刻槽弹体旋转侵彻作用性能,分析了刻槽弹体旋转侵彻作用过程,在着靶速度400～700 m/s范围对刻槽弹体和卵形弹体旋转侵彻铝靶进行了试验研究,利用LS-DYNA动力学软件对刻槽弹体和卵形弹体旋转侵彻过程进行了数值仿真,仿真和试验结果吻合较好,表明仿真方法及材料模型的适用性。进行了着靶速度300～700 m/s,转速0～1 500 r/s条件下的仿真试验。仿真结果表明,旋转对刻槽弹体侵深具有很大的影响,在弹体转速和着靶速度达到合理匹配时,旋转的刻槽弹体可以有效地提高弹体的侵深。     

多层异质复合靶板抗侵彻性能试验及结构优化设计

针对多层异质复合靶板结构优化设计,对10 mm氧化铝陶瓷/10 mm芳纶板/6 mm 616装甲钢、10 mm氧化铝陶瓷/6 mm 616装甲钢/10 mm芳纶板2种结构抗14.5mm穿甲弹穿深(DOP)的性能进行了试验分析,对同工况下弹丸侵彻复合靶板进行了数值模拟。在验证数值模型的基础上,结合配方均匀设计方法,建立了相同面密度下复合靶板结构等效质量防护系数回归模型,分析了各层厚度系数对复合靶板防护性能的影响规律,完成了复合靶板结构的优化设计。结果表明,面密度为9.748 g/cm²的复合靶板,最优结构为6.5 mm氧化铝陶瓷板/1.8 mm芳纶/9.1 mm装甲钢,试验验证了优化设计结果的可靠性。     

蜂窝铝冲击波形数值计算及分析

为分析蜂窝铝结构参数以及弹丸参数对冲击波形的影响,利用LS-DYNA有限元软件建立了弹丸侵彻蜂窝铝模型,模拟了侵彻波形的发生过程。比较了蜂窝铝相对密度、胞孔角度,侵彻初速和弹头形状对冲击加速度波形的影响。结果表明,增大蜂窝铝相对密度、减小胞孔角度可以引起加速度峰值的提高和冲击脉宽的减小; 提升初始侵彻速度可以同时引起加速度峰值与脉宽的提升; 弹丸形状影响冲击波形,使用卵形弹可以获得较平缓的加速度波形。研究结果对以蜂窝铝为缓冲材料的冲击试验参数选择具有重要参考价值。