着速和靶厚对钢弹体PELE侵彻后效影响的实验研究

为了得出靶厚和着速对钢弹体PELE侵彻后效的影响规律,采用PELE实验弹以不同着速分别侵彻不同厚度钢板,并对后效靶上破片穿孔的数量和分布进行了分析.结果表明,在实验条件下,破片数量与着速和靶厚均有二次函数关系,破片飞散角与着速呈二次函数,但与靶厚呈线性减函数关系;着速对破片数量的影响要大于它对破片飞散角的影响;降低靶厚也利于增大破片飞散角.     

转速和着速对PELE横向效应的影响

采用AUTODYN-3D软件对横向效应增强型侵彻体(PELE)侵彻金属靶板的过程进行数值模拟。通过分析不同转速和着速下PELE弹丸的剩余速度、靶板扩孔直径、破片的质量-数量分布和破片飞散角情况,得到PELE弹丸的横向效应随转速和着速的变化规律。研究结果为PELE弹药转速和着速的设计提供参考。     

壳体切缝的结构参数对PELE横向效应的影响

为了研究壳体切缝结构参数(切缝的周向个数N、径向深度H和轴向长度L)对横向效应增强型侵彻体(PELE)侵彻钢筋混凝土靶开孔尺寸的影响,利用数值仿真方法对具有不同壳体切缝结构参数的PELE侵彻钢筋混凝土靶进行正交优化分析,通过定义横向效应贡献值对弹丸轴向动能转化为钢筋混凝土靶因壳体膨胀破坏损失的能量进行研究。结果表明,壳体切缝参数为N=8、H=5.5 mm、L=150 mm时,钢筋混凝土靶破坏的开孔尺寸最大为409 mm,横向效应贡献值最大,并且PELE的横向效应效果最佳。同时,壳体切缝结构参数对PELE横向效应的影响程度:L最大,N次之,H最小。     

半预制破片PELE弹丸效能的数值分析

为研究壳体刻槽长度和深度对半预制破片PELE弹丸效能的影响,对5种不同刻槽长度和不同深度的PELE弹丸侵彻4340钢质靶板的过程进行数值分析。结果表明：半预制破片PELE弹丸比普通PELE弹丸的后效毁伤性能有显著提高;不同刻槽长度的半预制破片PELE弹丸,随刻槽长度的增加,形成破片的最大径向速度变化较小,破片数量减少,形成破片的大小、质量逐渐增加,动能增大,毁伤性能增强;随着刻槽深度的增加,形成破片的最大径向速度显著增加,破片数量增多,但破片的大小、质量逐渐减小,动能减小,毁伤性能降低。     

着靶角对PELE横向效应的影响

PELE是一种基于新型作用机理的弹药,能使目标产生明显的横向效应,对靶后目标形成有效的杀伤。为研究着靶角对PELE横向效应的影响,对不同着靶角下PELE侵彻靶板的过程进行了数值分析。结果表明:着角对PELE横向效应影响显著。当着角在0～60°,随着着角的增大,破片最大径向速度增大,散布面积增大,破片数量增多,横向效应增强;当着角大于60°,随着着角的增大,PELE横向效应逐渐丧失;当着角在30～60°,PELE横向效应和后效毁伤性能最佳。     

集束钨丝壳体PELE撞击靶板的动态响应

为克服目前普遍采用的钨合金壳体的PELE侵彻能力不足、靶后破片形状不规则等问题,提出采用集束钨丝复合材料制作PELE壳体,对其穿甲过程进行了试验研究,利用有限元分析软件 ANSYS/LS-DYNA对PELE撞击靶板的动态响应进行了数值仿真,仿真结果与试验结果的对比分析表明：集束钨丝壳体 PELE 在穿透靶板后能产生明显的横向效应;与钨合金壳体PELE相比,集束钨丝壳体 PELE 靶后形成破片速度更高、破片形状更规则,具有更优异的侵彻能力和横向毁伤性能。     

钢合金壳体PELE作用机理研究

PELE采用新颖的作用机理对目标进行毁伤,钢壳体PELE作用机理研究对PELE工程应用具有重要意义。文中首次采用钢合金作为PELE壳体,通过终点效应数值仿真以及该PELE与同口径普通穿甲弹分别对薄钢板的撞击实验,证明了钢壳体PELE撞击薄钢板的作用机理存在撞击镦粗、膨胀侵彻和穿靶爆裂三个关键阶段,弹体在靶后爆裂的破片具有较大的横向飞散速度;该类PELE侵彻薄装甲目标时比同直径常规穿甲弹具有更大的穿孔毁伤和靶后碎片毁伤能力。     

装填材料对PELE侵彻混凝土效能影响研究

为研究惰性装填物对PELE侵彻混凝土靶板效能影响,利用有限元软件LS-DYNA对不同惰性装填物的PELE侵彻混凝土靶板进行数值模拟。结果表明:与PELE侵彻混凝土靶板相比钢靶的形成破片质量较大、速度较慢;不同装填物对靶板的破坏效能不同;尼龙装填物比橡胶对靶板破坏的面积大,破片数量多。通过实验验证了模拟结果的正确性和可靠性。     

爆炸成型弹丸侵彻钢靶的后效破片云实验研究

为研究爆炸成型弹丸（EFP）穿透钢靶后的后效威力,设计了长杆形EFP装置及对45号钢 靶板的侵彻实验。采用X光摄影方法观测EFP穿过靶板后的破片云形态及飞散特性;通过测量靶板后一定距离处验证板上的穿孔,得到靶板后破片数量。从拍摄的脉冲X光照片可以看出：EFP穿透钢靶后形成的破片云形状是截椭圆形,飞散角约50°. 从验证板上的穿孔可以看出：靶后破片可穿透10 mm铝板,破片穿孔分布相对随机,穿孔直径近似呈正态分布特征,破片飞散角与X光观测结果一致;随着靶板厚度增大,破片飞散角均为50°,但靶后破片数量呈先增大、后减小的趋势,即存在靶后破片数量最大化的靶板厚度。从回收到的破片可以看出：靶后碎片由EFP和钢靶碎片共同构成。     

壳体刻槽PELE冲击破碎数值模拟

为研究刻槽参数对横向效应侵彻弹丸(PELE)冲击破碎的影响规律,采用光滑粒子流体动力学方法,利用Johnson-Cook本构模型,引入最大主应力失效和随机失效准则,建立数值模拟模型,对PELE壳体的冲击破碎过程进行模拟,并试验验证了数值模拟模型的有效性。利用均匀设计方法确定刻槽数量、刻槽角度、刻槽深度的因素水平表和数值模拟方案,分析壳体的破碎情况。研究结果表明:该文采用的数值模拟模型能够有效模拟PELE的壳体破碎情况,壳体刻槽PELE侵彻贯穿靶板过程中,壳体的纵向断裂和破碎基本沿着刻槽位置开始,壳体破碎产生的碎片多为长条状。壳体破碎程度随刻槽数量的变化呈抛物线趋势变化,随刻槽角度的增大而减小,与刻槽数量、刻槽深度的乘积正相关。该文采用的数值模拟模型和研究方法可用于研究固体材料的冲击破碎。     

着靶角度对PELE侵彻钢筋混凝土扩孔效应的影响研究

为了探究着靶角度对PELE侵彻钢筋混凝土靶扩孔效应的影响规律,建立了PELE侵彻钢筋混凝土靶的仿真模型,并且利用侵彻试验结果对仿真模型的准确性进行验证。在0～75°着靶角度范围内,从壳体变形模式、靶板扩孔直径等角度开展了PELE侵彻钢筋混凝土扩孔效应的影响规律与机理研究。研究结果表明:在0～30°着靶角度内,靶板的扩孔尺寸随着角度增大而增大,最大约为4.4倍弹径,并且PELE对钢筋混凝土靶板的破坏功增多; 随着着靶角度进一步增大,靶板的扩孔尺寸反而减小,PELE对钢筋混凝土靶板的破坏功也随之减少。此研究规律可对侵彻毁伤评估、新型动能武器系统设计提供技术支持和理论依据,并可用于指导钢筋混凝土防御工事设计。     

附加质量及惯性矩对于大型飞艇气动性能和开环控制响应的影响

在临近空间飞行的飞艇体积庞大以保持自身浮力克服重力,排挤的大量空气在黏性效应下对飞艇的反作用力可形成附加在飞艇表面的附加质量或者附加力矩,在工程上通常忽略或简单估算,显著影响大型飞艇的飞行稳定性。该文基于数值模拟和飞行仿真的手段,考察了附加质量和力矩对于大型飞艇气动性能和操纵性的影响。针对倒Y型尾翼布局的大型飞艇,采用六自由度非定常匀加速和重叠网格的CFD技术,得到了飞艇平动和转动的附加质量和力矩; 基于计算结果,分析了布局形式对于沿y轴、z轴平动的附加质量、转动的附加力矩的影响差异; 通过飞行动力学仿真手段,考察了附加质量和力矩对于飞艇开环控制的响应影响。CFD计算结果表明,布局形式使得飞艇沿y轴和z轴平动的附加质量、绕y轴和z轴转动的附加惯性矩近似相等; 飞行仿真结果表明,考虑附加质量和力矩情况,飞艇对于开环控制的响应速度更慢,由此引起的响应迟滞可降低操控性,不可忽略。     

集束钨丝壳体材料特性参数对PELE作用性能影响的数值模拟

为克服目前普遍采用的钨合金壳体横向效应增强型侵彻体(PELE)侵彻能力不足、靶后破片形状与数量不可控、横向毁伤效果不理想等不足,采用集束钨丝制作PELE壳体,并对其穿甲过程进行了数值模拟。与钨合金壳体PELE的作用效果进行对比,发现集束钨丝壳体PELE的侵彻能力和横向毁伤性能均优于钨合金壳体PELE;在本研究所采用PELE结构条件下,钨丝直径取0.5~1 mm、体积分数取40%~60%、粘结相选用镍铁合金时,集束钨丝壳体PELE综合毁伤能力较好。     

装填材料对PELE效应的影响

对装填不同材料弹芯的横向效应增强型侵彻体(PELE)侵彻靶板进行了数值计算,计算结果表明弹芯装填材料对横向效应有重要影响,给出了装填材料影响PELE横向效应的关键因素,随装填材料泊松比或弹性模量的增加,破片横向速度增大.结合数值计算,对PELE侵彻靶板进行了实验验证,实验结果与计算结果吻合较好.     

反安定面展弦比对近距耦合鸭式布局导弹气动特性影响的数值研究

本文采用数值模拟方法研究亚音速和超音速条件下,反安定面展弦比对双鸭式布局导弹的近距耦合效应的影响。建立了数学模型,验证了数值方法,对展弦比为0.3、0.6和0.9的鸭式布局导弹进行了对比分析,重点研究了来流工况为Ma为0.5和2时,在不同攻角、不同展弦比下两鸭舵之间的涡系演变过程,并对舵面法向力和俯仰力矩进行了分析。结果表明：亚音速条件下,当展弦比为0.3时中大攻角以后近距耦合效应产生的增升效果明显,反安定面卷起的下洗涡与鸭舵涡卷绕融合后使之得到明显的增强,涡强度的增强延迟了鸭舵表面的流动分离,提高了失速后的法向力,并随着展弦比增加而提升效果减弱;当来流处于超音速时,随着展弦比的增加,鸭舵法向力先增大后减小,反安定面在展弦比为0.6左右时耦合效果较好;同时双鸭式布局反安定面在展弦比0.3～0.9范围内随着展弦比增加,提高操纵性效果越好。     

暴雨环境下的弹丸气动特性数值模拟

为了研究暴雨条件对弹丸气动性能的影响,本文采用计算流体力学方法对极端暴雨条件下的弹丸气动特性开展数值模拟,通过求解三维定常可压缩的Navier-Stokes方程和k-ε湍流模型来计算流场,利用双向动量耦合的Eulerian-Lagrangian方法对流场中离散的雨滴粒子进行轨迹追踪,并考虑由于气流湍流引起雨滴粒子的随机扩散效应以及雨滴粒子与弹丸表面的相互作用,分析了攻角和液态含水量对M910弹丸和某120 mm迫弹气动参数的影响。研究结果表明,暴雨环境对两种弹丸的升力系数均有较大的影响,当马赫数为0.7时,M910弹丸升力系数最大下降了14.5%,120 mm迫弹升力系数最大下降了21.9%,并且影响程度随着攻角的增大而逐渐降低; 两种弹丸的阻力系数受暴雨影响较小; 由于尾翼的原因,暴雨对迫弹(尾翼弹)的影响程度高于M910弹丸(旋转弹); 弹丸表面形成的不均匀水膜层以及雨滴粒子碰撞导致弹丸边界的动量损失是影响弹丸气动性能的主要原因。