基于分离式霍普金森压杆的弹载器件动态特性模拟研究

为了研究弹载器件抗高过载机理,采用分离式霍普金森压杆（SHPB）装置和高速摄像机等测试设备,得到了测试所用弹载器件可承受的极限载荷和经减载组件减载后作用于弹载器件上的输出应力。针对减载组件在冲击条件下的变形受应力波效应和应变率效应互相耦合影响的情况,基于粘弹性材料的非线性特性,建立了加装减载组件的弹载器件非线性动力学模型。利用参数辨识法和特征线的相容关系获得了反应减载组件材料属性的性能参数并完成了模型求解,计算结果与冲击实验结果相符。该模型的建立与求解,为高过载环境下弹载器件的动态特性研究提供理论研究和方法参考。为了研究弹载器件抗高过载机理,采用分离式霍普金森压杆（SHPB）装置和高速摄像机等测试设备,得到了测试所用弹载器件可承受的极限载荷和经减载组件减载后作用于弹载器件上的输出应力。针对减载组件在冲击条件下的变形受应力波效应和应变率效应互相耦合影响的情况,基于粘弹性材料的非线性特性,建立了加装减载组件的弹载器件非线性动力学模型。利用参数辨识法和特征线的相容关系获得了反应减载组件材料属性的性能参数并完成了模型求解,计算结果与冲击实验结果相符。该模型的建立与求解,为高过载环境下弹载器件的动态特性研究提供理论研究和方法参考。     

弹载光电设备内弹道发射环境测试技术发展研究

基于寻求有效内弹道试验方法来研究新型炮兵弹药弹载光电设备能否承受苛刻的膛内发射环境考验问题的目的,对当前以膛压指标为主的内弹道发射力学环境测试技术的国内外现状进行了较全面的梳理.分析了典型膛压测试技术的原理和特点,并对总体发展现状进行了评价和总结.同时也对基于新型弹药研发目的的内弹道测试技术发展提出了建议.     

火炮修理后水弹试验内弹道设计方法研究

火炮修理后广泛采用水弹试验,以动态方式确定火炮的技术状态和检验火炮修理质量。新型火炮缺乏水弹试验内弹道设计方法,难以确定水弹试验装水质量等内弹道关键参数,制约部队开展水弹试验。基于修后火炮水弹试验原理与工程实践,建立火炮水弹试验内弹道学模型;提出了基于水弹试验与实弹射击时作用于火炮的炮膛合力全冲量相等原理的火炮水弹试验内弹道设计方法,为新型火炮修后水弹试验提供理论指导,也为火炮其他考核目的水弹试验提供参考。     

减载材料对弹载器件抗高过载能力影响研究

采用基于Total Lagrangian方法的三维黏弹性大变形增量本构关系,运用有限元方法对高过载环境下弹载器件在发射过程中的等效应力进行数值模拟计算。分析减载材料力学特性及减载材料厚度对作用在弹载器件上等效应力的影响。结果表明：选择减载材料应选择泊松比较高的材料及其弹性模量能够使作用在弹载器件上的最大等效应力较低的材料;选择减载材料厚度应考虑既能满足作用在弹载器件上的最大等效应力较低、又能满足任务设备结构设计要求。     

火炮修后水弹试验中高速水柱运动轨迹仿真研究

火炮修后水弹试验是火炮修理质量综合考核的重要环节,水弹试验靶场建设是水弹试验研究的重要内容。针对部队修理机构缺乏试验环境条件,难以开展水弹试验的现状,以某炮水弹试验中高速水柱的运动轨迹为研究对象,应用高速射流破碎机理分析了该炮高速水柱的运动全过程;在此基础上,建立了高速水柱的运动轨迹模型,计算了该炮水弹试验3个射角的运动轨迹;并分析火炮口径、火炮射角以及高速水柱的初速对其运动轨迹的影响;由此,分析得到满足不同口径、高速水柱初速与射角等条件下的火炮水弹试验靶场空间环境要求,为部队修理机构开展水弹试验靶场建设提供科学依据,也为其他类似靶场建设提供参考。     

减载材料对弹载器件抗高过载能力影响研究

采用基于Total Lagrangian方法的三维黏弹性大变形增量本构关系,运用有限元方法对高过载环境下弹载器件在发射过程中的等效应力进行数值模拟计算。分析减载材料力学特性及减载材料厚度对作用在弹载器件上等效应力的影响。结果表明:选择减载材料应选择泊松比较高的材料及其弹性模量能够使作用在弹载器件上的最大等效应力较低的材料;选择减载材料厚度应考虑既能满足作用在弹载器件上的最大等效应力较低、又能满足任务设备结构设计要求。     

弹载侦察图像质量评价方法研究

针对弹载侦察图像由于受成像平台和条件限制存在多类型混杂失真,为了对图像后续处理和成像系统性能优化提供重要量化依据和指标参考,开展此类图像质量评价研究。分析了弹载侦察图像的特点,针对成像平台的多自由度、多姿态变化情况,提取与相机抖动、结构变化、颜色丢失相关的3类11种图像特征,利用高分辨率测绘图像作为原始图像集,分块提取特征进行多元高斯模型(MVG)拟合获得基准分布特性,对弹载图像也进行分块处理获得对应MVG分布特性,比较其与基准MVG特性马氏距离作为子块质量得分,计算各子块的得分均值作为整幅图像最终得分。以实际弹载成像平台获取的图像进行了实验验证。实验结果表明：与盲图像质量测度算法、基于离散余弦变换的图像完整性测度改进算法、基于失真度识别的图像验证与完整性评价算法、质量感知聚类算法、盲图像质量空域测度算法、自然图像质量测度算法、整体与局部的自然图像质量测度算法7种其他经典方法相比,该算法具有更好的准确度和主客观一致性。     

灌封材料对侵彻过载下弹载器件的防护分析

为研究在灌封材料缓冲保护下弹载器件对冲击载荷的动态响应,利用LS-DYNA用户材料自定义程序UMAT二次开发平台,编写朱-王-唐（ZWT）非线性黏弹性本构模型的材料子程序,并将ZWT模型应用于弹体内部灌封材料的动态仿真。通过调整ZWT模型的非线性弹性模量、低应变率Maxwell单元的弹性常数、高应变率Maxwell单元的弹性常数、高应变率Maxwell单元的松弛时间和材料密度,得出不同参数对应下,弹体内部电子器件不同的动力学响应,并分析灌封材料各参数变化对于弹体内部电子器件响应造成的影响。研究结果表明：当非线性弹性模量、低应变率Maxwell单元的弹性常数、高应变率Maxwell单元的松弛时间和材料密度的数值降低时,灌封材料的减振和防护效果更佳。根据仿真结果提出了针对不同工程需求的材料优化方案。     

基于弹载地磁测试的高速旋转稳定弹锥形运动分析

为了研究高速旋转稳定弹丸在飞行过程中的锥形运动规律,采用弹载地磁姿态测试方法,通过分析当地地磁矢量、弹丸速度矢量及弹轴地磁测试分量间的角度关系,构建高速旋转弹丸角运动规律及参数的测试模型。给出弹载地磁测试的试验方法,构建测试平台及相应的标定与校正设备,通过试验测试获得了地磁测试数据,完成了地磁测试数据的信号滤波与姿态解算,得到弹丸锥形运动的轨迹曲线。结合弹丸角运动模型对测试弹丸的角运动过程测试结果进行分析,进一步分解得到了弹丸进动、章动运动规律。分析结果表明弹载地磁测试与弹丸角运动模型可以相互支撑,能准确揭示高速旋转弹锥形运动的规律。     

火炮用直线发电机性能研究

根据直线发电机原理,结合火炮后坐运动特点,提出了一种火炮用直线发电机设计方案。介绍了火炮用直线发电机基本结构和工作原理,基于永磁直线发电机电磁学模型与火炮后坐运动的动力学模型建立了火炮用直线发电机的数学模型,推导了火炮用发电机感应电动势和电磁阻力的理论计算公式,并建立二维有限元模型进行仿真计算,具体分析了火炮用直线发电机感应电动势,电磁阻力以及电能后处理等主要性能的运行特点,为火炮用直线发电机的优化设计提供了理论依据。结果表明,火炮用直线发电机能够将火炮后坐能量转化为电能再利用,有利于提高火炮能量利用率。     

某导弹无依托发射场坪动态响应研究

为得到某导弹无依托发射时场坪的动态响应,采用Hongnestad方程及改进后的Saenz单轴方程分别拟合混凝土在受压时的上升段及下降段应力-应变关系,构建了一条适用于沥青混凝土的受压应力-应变曲线;引入损伤因子并结合Sidiroff能量等价原理,建立了某导弹无依托发射场坪塑性损伤动态本构;基于含场坪的发射平台非线性结构动力学模型,分析了导弹在发射状态下场坪的动态响应。研究结果表明：在导弹垂直待发射阶段,后支腿处场坪比前支腿处场坪动态响应明显;在导弹垂直发射阶段,发射筒底部处场坪沉降较大,发射筒底部处场坪与后支腿处场坪交叉区域损伤严重。研究结果可为导弹无依托发射前场坪快速评估提供理论支撑。     

冷发射装备对地载荷作用下预设场坪的动力响应研究

为了研究冷发射装备对地载荷作用下场坪的动力响应,将对地载荷视为多圆均布动载荷,基于赫兹接触理论获得对地载荷的表达式。以Winkler地基上双层板的控制微分方程为基础,引入双参数地基模型中的地基反力,给出双参数地基模型上双层板的运动微分方程。采用级数分解与傅里叶变换相结合的方法推导单个圆形载荷下场坪挠度的解析式,利用线性叠加方法,得到多个圆形均布动载荷下场坪下沉量的表达式。在ADAMS中建立含场坪的发射装备动力学模型与Simulink进行联合求解,获得各个接触区域圆心处的场坪下沉量,分析结果表明：底座处的场坪下沉量较大且对后两个支撑盘处下沉量产生很大影响;支撑盘之间下沉量的相互影响很小,可忽略。     

导弹热发射方式增推效能研究

为研究导弹热发射增推效能,设计了3种不同方式的排导空间。建立导弹热发射过程的控制方程和导弹全区域结构化网格模型,使用计算流体力学方法进行仿真,分别采用2阶迎风格式和全隐式方法进行空间离散和时间离散;计算了3种不同排导空间条件下导弹的出筒过程、出筒速度,分析导弹发射时筒内气动特征和导弹在发射筒内运动时增推力随导弹位移的变化过程。数值计算结果与原理验证试验结果符合较好。对不同条件下导弹出筒速度的仿真计算结果表明,采用筒式热发射,可以通过改变排导空间的方法实现燃气能量的再利用,将筒内燃气的气动力转换为推动导弹运动的推力,形成额外的增推力,提升导弹筒内运动速度,降低导弹出筒消耗的能量。     

冷弹射系统动力学响应与油气悬架优化设计

为了提高全轮支撑冷发射时导弹的出筒精度,基于4轴连通式油气悬架导弹发射车,推导出4轴连通油气悬架数学模型并验证了AMESim仿真模型的正确性;建立了基于ADAMS/Simulink/AMESim的联合仿真模型,以发射筒筒口纵向位移均方根值为优化目标,以油气悬架系统的蓄能器容积、初始充气压力和阻尼孔直径为设计变量,选择车体倾斜0°,起竖角为90°这一工况,应用遗传算法进行优化设计。结果表明：优化后筒口纵向位移均方根值降低了61.1%,提高了导弹出筒精度;发射车的俯仰姿态角位移和各轴载荷分配得到较好的改善,发射系统的稳定性得到提高。基于遗传算法的联合仿真方法可同时提高导弹的出筒精度和发射系统的稳定性,并为解决工程实际问题提供参考。     

面基层间不同结合状态下发射场坪动态响应研究

为了得到面基层间不同结合状态下无依托发射场坪的动态响应,基于Cohesive单元的双线性内聚力本构,建立了层间结合数学模型,进一步建立了含层间效应的发射场坪数值模型;引入初始损伤变量并结合应变等价性假设,建立了层间不同结合状态数学模型;以含层间效应的发射场坪数值模型为基础,完成了面基层间不同结合状态下的发射场坪数值模型的建立,分析了发射筒底部处场坪面基层间界面的损伤分布与演化,研究了面基层间不同结合状态下发射场坪动态响应的变化。结果表明：当面基层间结合状态一定时,发射筒底部对地载荷作用边界处面基层间界面损伤最严重,且沿着载荷作用区域半径方向,面基层间界面损伤分布表现为先增加、后减小的规律;随着面基层间结合状态的变差,沿载荷作用区域半径方向,面基层间界面损伤演化表现为中间不变、两边减小的规律,场坪面层垂向位移和水平位移产生不同程度的变大,面层、基层层底中心最大应力均变小。为了得到面基层间不同结合状态下无依托发射场坪的动态响应,基于Cohesive单元的双线性内聚力本构,建立了层间结合数学模型,进一步建立了含层间效应的发射场坪数值模型;引入初始损伤变量并结合应变等价性假设,建立了层间不同结合状态数学模型;以含层间效应的发射场坪数值模型为基础,完成了面基层间不同结合状态下的发射场坪数值模型的建立,分析了发射筒底部处场坪面基层间界面的损伤分布与演化,研究了面基层间不同结合状态下发射场坪动态响应的变化。结果表明：当面基层间结合状态一定时,发射筒底部对地载荷作用边界处面基层间界面损伤最严重,且沿着载荷作用区域半径方向,面基层间界面损伤分布表现为先增加、后减小的规律;随着面基层间结合状态的变差,沿载荷作用区域半径方向,面基层间界面损伤演化表现为中间不变、两边减小的规律,场坪面层垂向位移和水平位移产生不同程度的变大,面层、基层层底中心最大应力均变小。     

耦合尾喷管堵盖运动的发射箱内流场研究

利用初始冲击波超压完成前后盖开启过程的贮运发射箱已得到广泛应用。为研究含尾喷管堵盖的冲击波超压形成过程及对后易碎盖的作用效果,应用有限元方法并结合动网格技术建立了导弹点火后堵盖的运动模型,并通过实验方法对仿真结果进行了验证。结合计算结果可清晰地看到尾焰流场的形成过程,并得到了冲击波超压在后易碎盖表面的随时间变化曲线。研究表明：受堵盖的影响,冲击波超压首先形成并冲击后易碎盖,燃气由堵盖的边缘向中心汇聚形成主流,在对后易碎盖的冲击时间和作用位置上与冲击波作用有明显的不同;后易碎盖主要受到冲击波超压作用实现碎裂变形,在堵盖运动的投影区域首先达到最大受力,瞬时峰值达5×10⁵ Pa.     

泡沫金属/金属管塑性变形缓冲器降低弹载设备过载的数值模拟

为降低弹载设备在弹丸高速侵彻目标过程中的高过载,设计一种可降低过载值的泡沫金属/ 金属管塑性变形缓冲器。利用有限元软件LS-DYNA 对其在降低弹载设备过载上的效能进行数值模拟研究,通过数值模拟得到弹载设备侵彻过程中的过载时程曲线,并与没有采取任何措施和仅采用单纯金属管塑性变形缓冲器的弹载设备过载时程曲线进行对比。结果表明:泡沫金属/ 金属管塑性变形缓冲器可以大幅降低高速、侵彻时间长的弹丸中的弹载设备过载,且在降低弹载设备过载效能和作用时间上优于单纯的金属管塑性变形缓冲器。     

车载防空导弹行进间发射过程动力学数值分析

利用自回归（AR）模型对不同等级随机路面进行数值模拟,建立了车载防空导弹的行进和发射一体化多柔体动力学模型。根据行驶动力学仿真结果,确定了最恶劣发射时刻。结合分析结果完成了行进间发射动力学仿真,获得了导弹姿态参数。分析了路面和车速对防空导弹行进间发射精度的影响。利用自回归（AR）模型对不同等级随机路面进行数值模拟,建立了车载防空导弹的行进和发射一体化多柔体动力学模型。根据行驶动力学仿真结果,确定了最恶劣发射时刻。结合分析结果完成了行进间发射动力学仿真,获得了导弹姿态参数。分析了路面和车速对防空导弹行进间发射精度的影响。研究结果表明,B级路面上3种车速均能安全发射,C级路面上车速受限于25 km/h.