基于化学反应的高超声速弹丸头部气动热预测

为了准确预测高超声速弹丸表面的气动热问题,在考虑热化学反应的情况下,基于SST k-ω、表面反应和二维非稳态热传导方程,建立了高速流场与弹丸结构紧密耦合的传热模型,并以某外形高超声速弹丸为研究对象,采用数值模拟方法,在不同飞行高度、不同飞行马赫数等条件下对比计算了有、无考虑化学反应时弹丸表面的气动热分布情况。计算结果表明,考虑化学反应对弹丸表面的热流密度有较大影响,弹体表面温度及其驻点处温度均有明显提高; 在飞行马赫数为5.5,飞行时间为1.5 s的情况下,随着飞行高度的增加,弹丸驻点处及弹身表面的温度会降低,但各高度上弹丸驻点处的温度在考虑化学反应较未考虑化学反应时高约200 K; 随着来流马赫数的增加,化学反应产生的热量越多,弹体表面及驻点处的温度增加越大。研究结果对高超声速弹丸的气动热预测与热防护具有一定的参考。     

二维圆柱在高超声速气流中的耦合传热计算

高超声速飞行器热结构和热防护设计离不开对飞行器表面的气动热载荷和固体内温度的准确预测,两者之间的耦合作用对此有着重要影响.开展高超声速流场与结构温度场的耦合数值计算,流场部分求解了二维非定常全N-S方程,空间差分采用Harten-Yee的TVD格式,时间离散采用双时间步推进.固体结构传热部分求解了二维非稳态的热传导方程.通过流固交界面,流体从固体部分得到温度边界条件,固体从流体部分得到热流边界条件,从而实现流场和固体温度场的紧耦合计算.将这套算法成功应用于绕无限长圆柱的气动加热计算中,对圆柱在气动加热过程中的温度变化做了详细的分析.     

导弹头部气动加热的流固耦合数值模拟

采用非定常数值模拟方法对某型号远程导弹头部气动加热问题进行了研究。提出了一种流固耦合的计算方法，在求解流体力学控制方程组的同时，求解流体与固体表面的热传递方程以及固体区域的能量方程。计算获得了各个时刻流场内的温度、压力、速度等参数的空间分布，同时得到了导弹头部固体区域及导弹内部的温度变化。研究表明，采用流固耦合方法对气动加热问题进行模拟，可以得到合理可用的弹表温度数据。     

发射载荷下炸药装药密度对炸药应力和温度的影响

为确定发射载荷下炸药装药密度对装药应力和温度的影响程度,采用LS-DYNA热固耦合分析方法对弹丸膛内发射过程进行了数值模拟,研究了在炸药装药密度均匀和径向不均匀2种情况下装药应力（轴向应力、最大剪应力）和装药温度对发射载荷的响应,为弹丸发射过程中装药密度不均匀对发射安全性的影响提供参考。研究结果表明：装药密度径向不均匀较密度均匀时,装药的轴向应力最大值基本一致,温度最大值减小了0.8%,剪应力最大值增加了10.2%。由于装药密度的径向不均匀,发射载荷下装药内部有明显的剪切作用。     

等离子体环境下高超声速飞行器的流-固耦合机制

高超声速飞行器在高温空气中穿行时处于等离子体环境中,相较于热完全气体有较大不同。考虑等离子体真实气体效应才能更好地计算飞行器与周围流体的流体与固体(简称流固)耦合作用。基于等离子体化学非平衡流体动力学方程组,结合流固耦合方程建立流固耦合模型。以RAM-C飞行器为算例计算并验证该模型,分析飞行器的流固耦合作用机制。计算结果表明：等离子体相较于热完全气体,气动压力增大,气动黏性力增大,最大气动黏性力位置发生迁移;等离子体气动荷载的作用位置利于钝体承受,最大流固耦合应力相较于热完全气体更小;高速飞行器前端主要承受原子气体的流固耦合作用,电子和离子对飞行器的流固耦合作用十分微小,在中部及后部分子气体对飞行器的作用更加明显。     

高速旋转弹丸炸药装药在膛内运动中底层温度的数值模拟

针对装填压装药柱的高速旋转弹丸发射安全性问题,基于摩擦产热-热传导-升温理论,建立弹丸炸药装药在膛内运动过程中因摩擦引起的温度变化计算模型。以某大口径高速旋转弹丸出膛后掉弹事故为计算实例,采用通用仿真分析软件LS-DYNA数值模拟该弹丸在膛内运动全过程,获取装药底面压力和装药与弹体相对角速度随时间变化规律,并结合MATLAB软件获取其具体函数形式,最终计算得到装药在膛内运动过程中的温度变化。计算结果表明：环境温度为50 ℃时,膛内炸药装药与弹体发生显著相对转动,在装药底面发生强摩擦、产生大量热量,向装药热传导后致使底层炸药升温,温度最高达302.3 ℃,远高于炸药热分解温度;热点将在装药表面大量产生,并在弹体内密闭空间快速成长,最终引发装药燃爆,造成掉弹事故;所提计算方法可为该类弹丸炸药装药结构设计和工艺改进提供理论参考。     

高超声速炮弹气动数值模拟

针对高超声速弹丸飞行阶段的计算研究中,除了对其进行气动热模拟之外,另一项重要任务就是气动力的计算问题,采用SST k-ω湍流模型,运用AUSM+格式对非定常三维可压缩流体进行了数值模拟,再现了高超声速条件下炮弹周围复杂的流动现象,得到了流场的分布规律.计算结果表明,在研究范围内,高超声速弹翼组合体数值计算结果与工程计算结果吻合较好,为进一步高超声速炮弹研究提供了技术参考.     

高超声速飞行器翼面气动加热、辐射换热与瞬态热传导的耦合分析

为准确预测高超声速飞行器翼面的热环境以利于飞行器的设计。通过数值算例验证了基于参考焓法的气动加热工程算法的可行性;提出了一种高超声速飞行器三维翼面的气动加热、辐射换热、瞬态热传导的准定常耦合求解方法,通过与非耦合的气动加热、辐射换热及瞬态热传导方法相比,指出考虑耦合求解的必要性。在飞行器典型弹道飞行条件下,该耦合求解方法考虑气动加热、辐射换热、结构热传导耦合效应,实现了高超声速三维翼面温度的准确预测,该方法可用于高超声速飞行器气动热分析及热防护设计。     

C/SiC刚性热防护结构热力耦合分析

高超声速飞行器热防护问题复杂,是弹道参数、外部流场、气动加热、结构温度场、结构变形响应等多物理场的耦合.为提高飞行器结构温度场预估精度,开展气动加热与结构温度场的耦合分析方法研究,基于气动加热工程算法,对典型C/SiC刚性非烧蚀式防热结构进行气动加热与温度场耦合分析.结果表明作用在结构上的净热流密度低于气动加热工程计算得到的冷壁热流密度,设计热防护系统时必须考虑气动加热/结构温度之间的耦合作用.     

一种双模态EFP战斗部的数值仿真

针对同一成型装药形成多模毁伤元问题,利用LS-DYNA动力有限元程序,采用流固耦合方法,对在药型罩前加装一刻槽圆环形成带尾翼爆炸成型弹丸(explosively formed projectile,EFP)的成型过程进行了数值模拟,结果表明,该装药结构能形成带有8个尾翼的EFP,带尾翼EFP的长径比是EFP长径比的2.75倍,其头部速度比EFP增加了15%,实现了带尾翼大长径比EFP和EFP两种模态的转换。      

装配过盈量对某枪弹底火感度的影响

研究了某枪弹底火以不同过盈量压入药筒后的撞击感度变化情况，基本明确了装配过盈量对底火感度的影响趋势。     

导爆管雷管延期体结构改进

本文主要介绍了索式延期体的纺织方法，其秒量与铅结构延期体秒量的精度对比，并探讨改进的目的和意义。     

尾翼稳定脱壳穿甲弹全弹道多目标优化设计

本文应用最优化理论和方法对尾翼稳定脱壳穿甲弹的装药结构和弹形结构进行了全弹道多目标优化设计.首先从装药结构和弹形结构计算出发,建立了尾翼稳定脱壳穿甲弹的内弹道、外弹道(含空气动力)、终点弹道计算模型,然后应用三种不同类型的优化方法对火药弧厚、装药质量、弹头长径比、弹芯直径、弹体圆柱部长径比五个设计变量进行了多目标优化设计,得到了比较满意的结果.     

混合稀土加入量对A356合金组织及性能的影响研究

研究了混合稀土加入量的不同对Al-Si合金A35 6力学性能的影响 ,运用金相显微镜和扫描电镜对其微观组织进行了观察与分析。结果表明 :稀土变质可有效地促进初生α相的粒状化 ,提高Al-Si合金的力学性能 ,不同的加入量对A35 6共晶组织粒状化的作用是不同的 ,混合稀土的最佳加入量应在 0 .2 %左右 ,同时 ,应严格控制其它工艺参数。     

装调误差对滚仰式导引头视轴指向的影响分析

研究了装调误差对导引头视轴指向精度的影响。针对滚仰式导引头的结构特点,对位标器的主要装调误差进行了分类。利用坐标变换和空间几何关系,得到了导引头视轴指向误差和装调误差的函数关系。仿真结果表明视轴的指向误差与指向位置和框架角位置都有关联。所得结果对导引头的指标分解具有重要的参考价值。     

弹上线束电磁兼容仿真研究

导弹电磁兼容已经成为导弹现代设计中必须考虑的问题,尤其是弹上复杂线束在导弹电磁兼容问题中占有重要地位。文中以某型号导弹为背景,基于CableMod软件平台,采用仿真预测试的方法研究导弹电磁兼容问题,讨论了如何建立适用于仿真的导弹结构模型与电气模型,并对导弹内复杂线束间的串扰,以及弹体对线束产生辐射的影响进行了仿真和分析。仿真结果表明,线束内电源线与信号线分开敷设,且双绞屏蔽后相互串扰明显降低,并提出使用弹壁电缆套管代替U型电缆罩,能避免因缝隙产生的电磁泄露,抑制电磁辐射,有助于通过电磁兼容测试。     

脉冲推力器用烟火型装药燃烧性能研究

采用光纤测速方法,研究了脉冲推力器用烟火型装药药剂配比和装药密度对燃速的影响。通过密闭爆发器,测试了药剂的燃速压强指数。结果表明,不同配比的药剂虽然初期燃速不同,但后期燃速趋于相同;随着装药密度增大,燃速先增加、后减少;在装药密度1.45 g/cm³时燃速最高,可达到800 m/s. 在所测试压强范围内,烟火型药剂的压强指数为0.736 4,说明该烟火型装药药剂在一定压强范围内可稳定工作,能够实现脉冲推力要求。     

固连接异形侵彻体最小内外径比的确定

根据两阶段空腔膨胀理论建立的杆侵彻弹坑形成模型,建立了固连接异形侵彻体最小内外径比的表达式。通过计算得出了火炮初速范围内固连接异形侵彻体的最小内外径比随撞击速度的变化规律。结果发现内外径比为0．5时前端杆开的坑径不足以使后端管不受干扰地进入。而增加到0．6时便能满足要求。     

一种便携式红外目标模拟器

设计了一种头罩式便携红外目标模拟器,采用微型黑体作为红外辐射源,采用卡赛格林平行光管作为光学系统,在可调光阑和电机的配合下,能够快速模拟出不同辐射强度、不同大小的红外目标。