基于空气动力学及运动学的外弹道仿真

通过对弹丸外弹道计算方法的分析,针对在弹道计算过程中,很难预知弹丸实时的飞行姿态的问题。文中应用空气动力学软件对弹丸空气动力仿真分析,得到了不同马赫、不同攻角下的动力参数,形成离散数表。再由运动学软件对弹丸整个飞行过程模拟计算,直观地得到了弹丸在整个外弹道的稳定性情况、飞行轨迹及各弹道诸元。与实验数据相比较,误差不大,验证了分析的正确性,为复杂的弹丸外弹道模型计算提出了新的方法。     

存在动不平衡的旋转弹丸外弹道绕质心运动过程中引信惯性力分析

为了给引信安全性和可靠性设计提供准确的外弹道力学环境,应用刚体动力学理论,建立了存在动不平衡角且引信轴线与弹丸旋转轴线不平行的旋转弹丸在外弹道上绕质心运动时引信所受惯性力数学模型,得到了引信零部件因弹丸绕质心运动产生的惯性加速度在轴向、径向和切向分量的计算公式。应用ADAMS软件仿真验证了理论分析的可信性。由受力分析可知,当引信轴向运动零部件质心、弹丸质心与各轴线在同一平面内,且引信轴向运动零部件质心与弹丸惯性主轴的距离最大时,引信轴向惯性力和径向惯性力均比传统计算结果大幅度增加（算例155 mm口径火炮达到数倍）。通过仿真引信轴向运动零部件的运动过程可知,在周期性波动且波动幅度较大的各向惯性力作用下,即使径向惯性力与切向惯性力远远大于轴向惯性力,也不能阻止引信轴向运动零部件在轴向惯性力作用下向前运动。     

中大口径火炮弹丸外弹道空气动力作用下引信旋松可能性

为了研究中大口径火炮弹丸在外弹道飞行时弹道炸由引信旋松引起的可能性问题,应用FLUENT软件仿真与理论分析,得到了76 mm口径舰炮弹丸在外弹道上飞行时在空气动力作用下引信所受的各种力和力矩系数,由此进一步得到了引信旋松判据所需力矩。对比这些力矩表明,在不考虑微观振动效应的前提下,76 mm口径舰炮弹丸在外弹道飞行阶段不会使引信相对于弹体发生相对转动。     

引信惯性发火机构离心弹道保险技术

针对旋转弹引信外弹道环境力逐渐衰减的基本特征,对引信惯性发火机构传统的弹道保险技术在保险能力、惯性灵敏度、弹道环境力等进行了比对,提出利用离心环境实现引信惯性发火机构弹道保险功能的结构形式,并进行了简要分析与对比。离心弹道保险的能力随外弹道延伸逐渐减弱,与外弹道上的环境力变化规律相近,外弹道全程的保险能力与弹道环境力同步降低,具有近距离安全性好、远距离灵敏度高的技术特征。离心弹道保险技术可以有效抑制弹丸扰动引起惯性体在外弹道上的活动度,提高旋转弹引信的弹道安全性;触及目标时弹体转速骤降,对引信的惯性发火灵敏度有利。     

惯性触发开关动态特性与引信弹道炸分析

针对70mm航空火箭杀爆弹引信弹道炸问题,提出了刚体动力学理论分析和ADAMS动力学仿真相结合的方法,对其惯性触发开关动态特性和弹道安全性进行分析。外弹道环境分析表明:万向发火的惯性触发开关闭合阈值设计不能忽略弹丸绕质心运动产生的径向惯性力。仿真计算和理论分析结果均表明:弹簧抗力和结构尺寸偏差对惯性触发开关闭合阈值影响较大,惯性触发开关实际闭合阈值可能超出设计范围。弹道安全性仿真和振动试验结果表明:惯性触发开关对弹道振动冲击的响应是敏感的,其闭合阈值下限偏低,与弹道振动冲击过载接近,弹道环境适应能力明显不足,若发生多次共振或高频振荡皆有可能引起弹道炸。     

惯性器件设计方法综述

本文对惯性引信及保险提出了新的定义,即感受弹丸或弹头弹道上的过载值或者说空前冲力、爬行力、后座力而作用的引信称之为惯性引信。同样,感受过载值或受前冲力、爬行力、后座力、而解除保险的装置称之为惯性保险。笔者对惯性引信及保险所涉及到的惯性器件如:惯性销,惯性开关,加速度传感器,冲击闭合器等设计方法进行了综合研究,以便为引信设计师在掌握引信设计技术方面提供一定的方便,笔者认为惯性保险及引信的硬件均属惯性器件范畴,其核心结构与加速度传感器结构类同。引信设计人员视具体频响要求不同,可设计成线加速度传感器或开关,振动加速度传感器或开关,冲击加速度传感器或开关,显然,惯性保险及引信所涉及到的惯性器件,完全可用加速度传感器理论加以研究。     

旋转稳定弹弹道修正引信减旋装置研究

对旋转稳定弹弹道修正引信的减旋技术进行了探索性研究,提出并建立了七自由度外弹道模型,通过计算和分析表明：采用减旋翼减旋,通过轴承连接引信和弹丸的减旋装置不仅可以使弹道修正引信减旋,而且可以使弹道修正引信在弹道飞行过程中逐步达到较低的平衡转速,为二维弹道修正引信正常工作创造了良好的条件,并且验证了带减旋装置的弹道修正弹满足飞行稳定性要求。     

头部形状和着角对弹丸碰击薄目标前冲过载系数仿真研究

为了为引信惯性触发装置设计提供参考,利用LS-DYNA软件对头部不同形状的弹丸以不同着角碰击薄目标过程进行数值仿真研究,得到了头部不同形状的弹丸以不同着角碰击不同薄目标时的最大前冲过载系数。研究表明:弹丸前冲过载系数最大值并不是在正碰靶的情况下,而是对应某一小着角,靶板材质和厚度不同该着角也不同,应考虑弹丸攻角和立靶误差导致的着角变化对引信惯性触发灵敏度和钝感度性能的影响。头部形状不同,弹丸碰靶前冲过载系数差异较大,因此弹头形状设计应综合考虑气动力特性与引信碰靶前冲环境之需。     

基于仿真的某中口径舰炮弹丸入水前冲过载

为了为某舰炮弹丸弹底触发引信惯性前冲发火机构对海射击时的动态特性设计和评估提供参考,借助ANSYS/LS-DYNA软件,采用任意拉格朗日-欧拉方法,仿真了该弹丸不同落速、不同落角的入水过程,得到不同落速、落角和是否自转等条件下的弹丸入水前冲过载.落速或落角越大,前冲过载越大、过载峰值宽度越小;小落角入水过程中弹丸姿态不稳定,易发生跳弹,使前冲过载减小,甚至消失,并产生较大径向过载;自转对该弹丸入水前冲过载影响较小,可忽略;落速250 m/s、落角5°时的过载是引信惯性发火机构发火准确性设计要考虑的可信极限弹道环境,前冲过载峰值约为287 g,持续时间约为1 ms.     

155mm固定翼双旋弹二维弹道修正引信的翼面转速特性及修正能力研究

二维弹道修正引信实现弹道修正的前提是对头部翼面部分转速进行控制。基于155 mm 固定翼双旋弹二维弹道修正引信平台,分别对双旋环境下弹体和翼面的转速特性进行了分析。建立翼面作用下双旋弹丸运动模型,采用计算流体力学软件对二维弹道修正引信进行数值模拟,计算得到了翼面各项气动力参数;通过对二维弹道修正滚转通道动力学方程展开分析,以弹丸和头部翼面部分转动惯量为基础,综合分析了翼面转动惯量、摩擦力矩、翼面滚转阻尼力矩和翼面导转力矩对全弹道转速、落点、横向偏差、攻角的影响;在转速控制基础上对155 mm 固定翼二维弹道修正引信修正能力进行了评估。研究结果表明：二维弹道修正引信导转翼面角度取5.0°~5.5°、修正翼面角度取8°~9°时可以满足控制所需的平衡转速和修正能力要求;双旋转速仿真结果可以反映弹道修正引信、精确制导组件等双旋弹丸的转速特性,为此类双旋弹丸翼面部分设计提供了理论依据。     

非旋转弹外弹道绕质心运动引信受力分析

为给引信安全性设计提供准确的外弹道力学环境,应用刚体动力学理论建立了非旋转弹外弹道上绕质心运动数学模型,得出了引信零部件因弹丸外弹道绕质心运动产生的惯性力轴向分量和径向分量计算公式,进一步简化后给出了工程实用计算公式。分析结果表明,引信零部件因弹丸外弹道上绕质心运动而产生的惯性力径向分量最大值与轴向分量最大值的比值是最大章动角,并且其中一个取极值时另一个接近于0,因此,在分析引信零部件因弹丸绕质心运动惯性力极限值作用而运动时,可以不考虑该惯性力产生的摩擦力影响。     

弹道修正引信脉冲修正参数研究

根据提高高射弹丸对机动目标命中率的实际需求,研究了空射型二维弹道修正引信。基于外弹道理论,结合脉冲发动机的工作特点,构建了两种外弹道模型。以高炮弹丸为例,利用六自由度弹道程序进行仿真,分析了修正距离与脉冲发动机的工作级数、修正时刻、修正角度等参数的关系,通过仿真得到了各参数与修正距离关系的拟合模型,该模型为脉冲修正机构的设计提供了理论基础。     

基于双轴加速度传感器的外弹道转速实时测量方法

旋转弹外弹道自转角速度的实时测量是弹道修正引信弹道解算器设计的重要环节之一。弹丸转速基本检测方法是利用转速传感器,通过外测或遥测进行,尚无法对每发弹进行实时测量。提出了一种测量旋转弹外弹道自转角速度的方法。即利用双轴加速度传感器提取弹丸外弹道横向加速度采样信号的功率谱,结合DSP的数字滤波,对信号做256点FFT处理,得到一组(v-t的离散序列值。试验结果与理论分析相吻合,且能满足弹上解算的实时性要求。     

弹丸外弹道试验装置运动控制系统

针对线膛火炮旋转弹丸外弹道受力情况试验需求,设计一种弹丸外弹道试验装置运动控制系统.以倍福CX5130运动控制器作为主控制器,通过控制该试验装置的运动带动弹丸的自转和摆动,实现旋转弹丸的外弹道运动模拟功能.结果表明:该系统能达到预期设计目标,并已在实际使用中得到验证.     

转管炮旋转发射惯性对弹丸起始扰动的影响分析

研究转管炮发射时身管旋转所导致的惯性力、科氏力对弹丸起始扰动的影响,建立了同时考虑弹丸旋转惯性力和科氏力的半约束期内起始模型,估算了身管旋转发射时运动弹丸的偏角变化规律,结果表明旋转离心力和身管组半锥夹角导致的科氏力对弹丸起始扰动的影响,弹丸偏角随身管转速的增加而线性增加,特别是高转速时,由切向速度所引起的弹丸的偏角更大.这为转管武器的射击精度研究提供了参考.     

滑翔增程弹弹道特性分析

滑翔增程是目前采用的较为有效的ー种弹箭增程技术。阐述了滑翔增程弹的飞行过 程,按其飞行过程将整个飞行弹道分为三段,并分别建立了各段的弹道模型;研究了整个飞行弹道 的特性,得到滑翔弹弹道与常规弹道在升弧段是一致的,在降弧段上则出现了较大的差別;在滚控 段采用“小步走”的控制策略,在滑控段采用开环控制。仿真计算表明：控制方法可行,计算结果与 设计思想一致,对滑翔增程弹的研制有一定的参考意义。滑翔增程是目前采用的较为有效的ー种弹箭增程技术。阐述了滑翔增程弹的飞行过 程,按其飞行过程将整个飞行弹道分为三段,并分别建立了各段的弹道模型;研究了整个飞行弹道 的特性,得到滑翔弹弹道与常规弹道在升弧段是一致的,在降弧段上则出现了较大的差別;在滚控 段采用“小步走”的控制策略,在滑控段采用开环控制。仿真计算表明：控制方法可行,计算结果与 设计思想一致,对滑翔增程弹的研制有一定的参考意义。     

不同温度下无后坐炮内弹道过程多维随机变量数值模拟

为了精确设计身管强度、弹体强度和精细分析引信解除保险性能,在不同温度的情况下,在考虑药厚、火药力、药量、药室容积和弹丸质量随机性的基础上,应用蒙特卡洛方法和无后坐炮经典内弹道学模型,随机模拟了不同随机因素对内弹道性能的影响,得到了不同随机影响因素下的某无后坐炮内弹道膛压曲线轮廓,高温、低温、常温条件下最大膛压附近的膛压跳动最大值分别为14.088 8 MPa,5.660 3 MPa,7.749 8 MPa。该解算结果能较好地反映出膛内射击过程的变化规律,可用于精确设计身管强度、弹体强度和精确分析引信解除保险性能。