材料热物特性对热身管中弹丸运动状况的影响研究

为了进一步了解热枪散布异常机理,在基于身管温度场研究的基础上,建立了考虑材料热物特性的热枪弹丸膛内运动分析有限元模型。以热分析的身管温度场数据作为边界条件,通过显式动力学分析,获得了材料热物特性影响下的弹丸膛内运动状态。对比实验数据,验证了该弹/枪耦合模型的正确性。研究表明:随着身管温度升高,身管热膨胀特性在膛口位置增加了弹丸质心位移及膛内摆角,但减小了弹丸质心侧向速度;身管热弹性在膛口位置增加了弹丸摆角,降低了弹丸质心速度;被甲热塑性增加了膛口弹丸质心侧向位移、膛内综合摆角,降低了弹丸质心侧向速度。研究结果将为进一步研究热散机理,提高射击精度提供一定的帮助。     

身管内壁裂纹扩展特性及剩余寿命研究

火炮发射过程中身管内膛环境十分恶劣,经过一定射击发数后内膛往往出现不同程度裂纹,影响身管寿命及发射安全性。采用有限元软件建立了包含膛线及不同位置初始裂纹的身管有限元模型,基于线弹性断裂力学理论研究了膛压、弹带摩擦力、自紧残余应力等载荷作用下身管内壁不同位置初始裂纹的扩展特性,得到了影响身管疲劳裂纹扩展寿命的危险因素为身管内壁阴线纵向裂纹,基于疲劳裂纹扩展理论,以临界断裂韧度为失效判据,获得了无镀层身管在包含不同数量初始裂纹时的剩余寿命。研究对于火炮身管的发射安全性评估、寿命预测及寿命提升研究具有重要的参考价值。     

串联增强型电磁轨道炮螺栓预紧封装性能分析

为了研究螺栓连接预紧方式的串联增强型轨道炮的身管封装性能,从电磁场的角度出发,计算了电磁轨道炮发射时导轨中的电磁力,进而得到了身管应力、应变和位移量。建立三维串联增强型电磁轨道炮离散预紧身管模型,计算了在一种斜坡电流激励条件下导轨的应力、应变和位移量的变化规律,以及身管封装部件应力、应变及位移的变化规律。从计算结果看出,在螺栓预紧条件下,导轨及身管处于一定初始位移及应力、应变下,随着电流的逐渐增大和作用时间增大,各参量也逐渐增大,且呈现明显的波动状,导轨的位移在螺栓位置有明显的下降趋势。身管部件的最大位移量远小于导轨的位移量,保证了与导轨的接触,也在一定程度上控制了导轨的最大位移量,对身管的封装性能有积极的作用。     

某火炮身管温度仿真计算及其影响因素分析

火炮射击过程中高温燃气周期性冲刷身管内膛导致内膛壁温升高,从而使以含能材料为主配方的全可燃装药在膛内滞留期间面临更多的热安全性问题.利用双一维两相流内弹道模型与一维轴对称热传导模型,描述了某火炮连续发射过程中的身管传热规律,并通过计算结果与试验测试结果对比,验证了模型的准确性.在此基础上,对持续射击20发的身管温度场进行了仿真,得到了每发射击完成后身管内、外壁温度分布规律,分析了不同环境温度、射击工况及身管厚度对身管温度变化规律的影响.结果表明,射击工况对药室内膛温度径向分布规律影响较大,环境温度、身管厚度对其的影响很小;环境温度、射击工况对药室内壁最高温度达到火炮报警温度的射击发数影响较大,身管厚度对其的影响很小.计算结果为装药射击热安全性、身管热烧蚀及寿命研究提供参考.     

迫击炮弹丸与身管配合间隙优化设计

针对迫击炮弹丸出炮口时的尾翼颈部折断问题,考虑弹丸前定心部与膛壁的摩擦,建立了迫击炮弹丸与身管耦合系统的有限元模型,对弹丸膛内运动过程进行了仿真计算,得到弹丸起始扰动,以出炮口时刻弹丸起始扰动的位移、角位移和角速度构建优化目标函数,以弹丸与身管配合间隙为设计变量,基于Isight软件提供的多目标优化方法对弹丸起始扰动进行优化设计,得出了相对最优配合间隙值。结果表明,迫击炮弹丸与身管配合间隙对弹丸起始扰动影响显著,优化后出炮口时刻弹丸质心位移、角位移和角速度均明显减小,该结果对迫击炮弹丸与身管的匹配设计具有一定参考价值。     

基于接触模型的弹炮耦合问题研究

建立了基于接触理论的弹丸与身管耦合的动力学模型。模型中将身管离散为有限个刚性段,每两段质心间用一个无质量的梁连接,根据Timoshenko梁理论确定质心闾的力和力矩,考虑弹丸弹带、前定心部与膛壁的碰摩,膛线对弹带的扭转作用,对弹丸在膛内的运动过程进行了仿真计算,结果表明该动力学模型较真实地反映了弹丸膛内运动的规律,利用该模型可进一步研究弹丸与全炮发射过程的耦合问题。     

速射武器身管的热-应力耦合场分析

对速射武器身管受热的物理过程进行了细致的分析,并确定其边界条件,以某机枪为例用有限元法对连发射击过程中身管的热-应力耦合场进行了计算,求得身管管壁上距内膛表面不同截面处的温度-时间曲线和铬层与基体金属结合处的全等效应力-时间曲线及温度等效应力-时间曲线,计算结果与实测结果基本一致。结果对身管的设计和寿命预估具有指导意义。     

某大口径火炮弹带热力耦合挤进动力学数值模拟研究

为研究弹带挤进过程机理以及弹丸在挤进过程的运动规律,对大口径火炮挤进过程进行了仿真分析。考虑了火药气体在带锥度药室及坡膛内的分布,得到挤进时期的内弹道学方程,将该方程的解作为力边界条件,同时引入考虑温度的摩擦力模型来模拟身管与弹带间的摩擦,采用显式方法建立大口径火炮弹带挤进过程热力耦合仿真模型;分别对经典内弹道挤进过程和绝热挤进进行计算,验证了耦合计算的必要性;同时考虑不同弹炮间隙、卡膛速度以及初始摆角对挤进过程的影响,得到挤进过程中挤进阻力、弹丸速度、火药气体压力、弹丸摆角的变化规律。计算结果表明,弹炮间隙对挤进阻力和挤进速度有着重要的影响,而弹丸卡膛前摆角对弹丸挤进过程中的摆角有着重要的影响。     

衬套径向间隙部位火药气体压力计算

转膛炮依靠转膛体中的衬套前后移动与身管衬套尾端密闭火药气体,因此衬套与转膛体衬套孔之间应有一定径向间隙.该间隙部位的火药气体压力大小直接影响到转膛体的强度较核,从间隙流出的部分火药气体还影响到弹丸的初速.根据某转膛炮转膛体与衬套的实测径向间隙,应用气体动力学方程,分别计算出了衬套各个环形槽部位的火药气体压力,并对该部位的转膛体强度进行了校核,其应变计算值与射击时测试的应变值比较接近,为转膛体结构设计提供了理论依据.     

超高射频串联发射弹组有限元分析

弹丸结构设计及其强度分析是超高射频串联发射核心技术之一.在分析超高射频串联发射整体结构的基础上,设计了弹丸结构,利用ABQUS软件建立了两发串联弹组的有限元分析模型.通过仿真得出了发射过程中两发串联弹组在最大膛压作用下的轴向形变及等效应力分布情况,分析了弹丸前端锥度和圆台大小对支撑部分受力的影响.该有限元分析的结论可为减小弹前阻力,优化弹丸结构及选取弹丸材料提供理论依据.     

高射速自动机身管热容量分析

针对自动机在连续射击条件下,身管承受高频、高温冲击作用的特点,建立自动机发射过程中身管的热 传导有限元分析模型。采用热传导学理论与有限元方法相结合方法,重点分析不同射弹数、不同身管壁厚和不同发 射方式下,身管内、外壁温度数据的变化规律。该分析可对自动机身管热容量设计提供一定的指导意义。     

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。     

某火炮筒紧身管设计及有限元分析

针对筒紧身管应力分布复杂和发射时身管应力动态变化的问题,设计筒紧身管外形尺寸,按筒紧身管的弹性强度极限进行实际校核.根据lame公式和力的叠加原理对身管内外筒的应力进行理论计算,用ANSYS软件对预应力下的筒紧身管和发射时身管的应力分布情况进行仿真,并比较理论计算值和有限元仿真分析值.结果表明:筒紧身管内筒受力变化复杂,内筒和外筒的内壁应力集中,且呈分层特性.     

计及自动机碰撞的机枪发射系统动力学仿真研究

用有限元法时机枪发射系统进行动力学响应分析时,其自动机构件的碰撞力大小常不宜确定.该文利用多刚体动力学易于解算碰撞力的特点,为有限元提供计算载荷,给出计算实例.证明采用多体动力学和有限元法互相协同的方法对机枪发射系统进行仿真,既有助于提高仿真效率和精确度,也可为进一步参数修改和结构优化提供方便.     

基于瞬态多物理场求解器的电磁轨道炮发射过程建模与仿真

为研究电磁轨道炮发射过程中瞬态多物理场的作用机制与内在规律,建立包含电路、电磁场、热场和结构场的数学模型。模型中计入材料非线性、结构变形、接触碰撞等实际因素。采用隐式有限元格式求解电磁场和热场以及显式有限元格式求解结构场,利用载荷传递和时间同步实现各物理场之间的耦合,发展出一种瞬态多物理场求解器。通过固体电枢型电磁轨道炮、同步感应式电磁线圈炮等算例,讨论了发射过程计算结果的合理性。结果表明,电磁炮的发射是多场耦合、多部件相互作用下的一个复杂动力学过程,存在电流和磁场扩散、温升、应力传播、接触碰撞等瞬态现象,发射性能与结构、材料和激励密切相关。该求解器可为电磁发射系统及其关键部件提供一种辅助设计手段。     

火炮身管固有振动特性的有限元传递矩阵法

利用二节点Hemite梁单元对火炮身管进行单元离散,利用传递矩阵进行离散单元之间状态矢量的传递,推导出火炮身管总传递矩阵及振动频率方程.对某火炮身管固有振动特性进行了分析,计算得到了振动频率和振型.用有限元传递矩阵法分析火炮身管固有振动特性,矩阵阶次低,计算所得的固有频率与实际固有频率接近,误差在允许的范围内.     

高炮发射动力学仿真技术研究

本文以概要方式介绍了高炮发射全过程的动力学仿真技术,论述了以计算机数学仿真技术为手段,通过建立以振动理论为基础的高炮的空间动力学模型,用内弹道理论和自动机理论分析得到高炮射击时的载荷,计算火炮模型在射击载荷下的动态响应,然后以炮口振动确定弹丸的初始扰动,再以外弹道理论预测射击精度,通过计算机仿真高炮从点燃底火,经弹丸在膛内运动,自动机运动,火炮振动到弹丸飞离泡口,到撞击预定目标的发射全过程,分析影响高炮射击精度的主要因素,为高炮设计研究人员在计算机上分析高炮的主要性能,确定或修改设计方案,以及为高炮总体方案设计,结构优化设计提供技术基础和工具。     

大口径火炮膛线结构对滑动弹带弹丸膛内运动影响的数值分析

以大口径身管火炮发射减旋滑动弹带制导弹药时弹丸-身管耦合系统为研究对象,基于弹塑性有限元理论,建立某大口径火炮线膛身管与制导炮弹耦合动力学有限元模型。数值计算了渐速膛线、等齐膛线、混合膛线（渐速膛线+等齐膛线）3种不同膛线形式和深、浅两种膛线深度条件下,制导炮弹在挤进阶段和膛内运动过程中的弹炮应力、挤进阻力以及弹炮动力学响应,获得了大口径火炮膛线结构对滑动弹带制导弹丸膛内运动的影响关系,为弹炮一体化设计提供了理论参考。     

锥膛炮内弹道建模与仿真计算

为了解决锥膛炮内弹道的建模仿真问题,在经典内弹道理论基础上引入了有限元分析方法和修正次要功系数方法。根据锥膛炮炮膛和弹丸的结构特点,将锥膛炮的内弹道过程分为第一直膛时期、锥膛时期和第二直膛时期。在运用LS-DYNA软件对锥膛时期弹丸裙环变形进行有限元分析的同时,结合MATLAB软件对其内弹道进行了建模仿真,得出了该锥膛炮内弹道时期膛压—时间曲线、速度—时间曲线。通过与全直膛炮的内弹道计算结果和试验结果比较,证明了所给方法的可行性。