基于1∶80缩比实验机的离心熔铸模拟实验研究

在实验室环境下进行非球面镜离心熔铸实验,研究大口径非球面镜的离心熔铸技术,并验证研究方法的可行性。通过对大口径非球面镜离心熔铸工艺的温度场相似准则和缩比模型参数匹配方法的研究,设计1∶80离心熔铸环境相似缩比实验机,进行物理模拟实验。测量了缩比实验的温度场、应力场以及最终的镜胚面形偏差。实验结果与仿真结果对比显示,温度场测量结果与仿真结果的相对误差在1.0%~1.4%之间。非球面镜在转变温度附近采取适当保温工艺后,最大压应力降为0.98 MPa. 通过轮廓仪检测制得的非球面镜面形偏差为-83.823 3 μm,与仿真结果相符。采用仿真联合缩比实验的方法对离心熔铸工艺中的不可观测量进行研究,为离心熔铸工艺提供了理论参考依据和实验指导。     

24-二硝基茴香醚基含铝熔铸炸药爆轰临界直径的实验研究

为了揭示2,4-二硝基茴香醚(DNAN)基高能钝感熔铸炸药的爆轰传播特性,加快DNAN基熔铸炸药的工程化应用,采用连续导线法测量了DNAN基含铝熔铸炸药的临界直径。结果表明：Al含量（质量百分比0~30%）增大、Al粒度d₅₀（分别为6 μm、12 μm、31 μm）减小均会降低爆轰传播的临界直径;黑索今（RDX）的粒度d₅₀（分别为19 μm、147 μm、751 μm）增大、RDX品质提高会增大爆轰传播的临界直径。研究结果为DNAN基含铝熔铸炸药的配方和战斗部结构设计提供基础的技术参数。     

DNAN及TNT基熔铸炸药综合性能比较

为了对比载体炸药2,4,6-三硝基甲苯(TNT)和2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)、以及以它们为基的熔铸炸药的综合性能,系统研究了DNAN和TNT、以及DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的流变、能量、安全、以及力学等性能。结果表明:载体炸药DNAN(6.87 m Pa·s)的粘度低于TNT(9.05 mPa·s),DNAN/HMX熔铸体系的极限固含量(约80%)高于TNT/HMX熔铸体系(约75%);DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的爆速分别为8336 m·s~(-1)和8452 m·s~(-1),爆压分别为31.03 GPa和31.44 GPa;在1 K·min~(-1)的慢速烤燃条件下,DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的响应等级分别为燃烧反应和爆炸反应;在4.51GPa的冲击波入射压力条件下,TNT/HMX(25/75)在8～12 mm内达到完全爆轰,而DNAN/HMX(20/80)在12 mm内未能达到完全爆轰;DNAN/HMX(20/80)的抗拉和抗压强度均大于TNT/HMX(25/75)。因此可以得出结论,在能量性能基本持平的情况下,DNAN/HMX(20/80)熔铸炸药的安全及力学性能优于TNT/HMX(25/75)熔铸炸药。     

优化设计次口径球缺罩成形装药结构

运用ANSYS/LS-DYNA仿真软件,进行了次口径球缺罩的成形装药结构参数对侵彻体形成的影响规律的数值模拟研究.采用端面环形起爆方式,优化设计次口径球缺罩的成形装药结构,找出形成最佳杆式EFP的次口径球缺罩的圆弧曲率半径、药型罩壁厚及成形装药高度的最优值;当内圆弧半径为40mm、壁厚为1.8mm、装药高度为45mm时,仿真得到了成形形态和成形参数都较佳的杆式EFP,其头部速度达到2 532m/s,长径比为3.2.同时,得到了杆式EFP成形参数速度和长径比等随次口径球缺罩的圆弧曲率半径、药型罩壁厚和成形装药高度的变化规律曲线,为今后优化设计EFP战斗部提供参考依据.     

双模战斗部结构优化设计及侵彻性能的数值模拟

针对双模战斗部结构设计及侵彻性能适用性等问题,设计一种采用变壁厚弧锥结合形药型罩的双模战斗部,利用ANSYS/LS-DYNA仿真软件,开展成型装药结构参数对双模毁伤元特征参数影响的规律性研究,基于优化结构,研究不同毁伤元对混凝土目标的毁伤情况。通过极差分析得到了双模战斗部最优结构参数匹配组合：药型罩锥角80°,弧度半径8 mm,药型罩上壁厚2.22 mm,下壁厚5.44 mm,装药长径比0.88,壳体厚度5 mm,对优化结果进行了X光成像试验验证,结果表明：仿真结果与X光试验结果吻合良好。杆式射流（JPC）相比聚能射流（JET）对混凝土靶侵彻时表面崩落及开孔性能具有明显的优势,而JET对混凝土靶的侵彻深度相比JPC则有显著提升。研究结果可为战斗部结构设计及应用提供参考。     

新型包覆式双材质杆状EFP成型的数值仿真研究

为提高对近距离(4~5倍装药口径)轻型装甲的毁伤,基于PELE毁伤机理设计了一种包覆式双材质药型罩。运用ANSYS/LS-DYNA软件对大锥角变壁厚药型罩形成EFP进行数值仿真,研究药型罩锥角与装药长径比以及壁厚变化率对EFP成型的影响,对比分析其成型效果以得到较理想的侵彻体装药结构。结果表明:装药长径比是影响EFP速度的主要因素,锥角是影响EFP长径比的主要因素;药型罩锥角为149°左右、壁厚变化率为10.0%左右、装药长径比为0.8时可以形成较理想的杆状EFP,此时EFP的稳定速度约为2 598 m/s。最后通过传统单材质杆状EFP和该新型双材质杆状EFP侵彻靶板仿真,得出该新型包覆式双材质杆状EFP在侵彻靶板时能够产生类似PELE的横向效应,比单材质杆状EFP对靶板后部有更好的毁伤能力。     

被动段扰动引力对闭路制导的影响及补偿方法研究

针对被动段扰动引力对弹道式飞行器落点精度的影响问题,提出闭路制导对被动段扰动引力的实时补偿方法。建立动坐标系下自由段运动模型,导出由被动段摄动量计算落点位置的计算公式;分析扰动引力对闭路制导精度的影响机理,得出被动段扰动引力对闭路制导的影响仅与关机点位置相关的结论;进一步利用均匀设计理论,将被动段摄动量拟合为关机点位置偏差的函数,提出将摄动量作为扰动引力修正项引入闭路制导回路的实时补偿方法。仿真结果表明:验证补偿后落点偏差小于5 m,满足制导精度要求。     

熔铸炸药加压凝固过程研究

自主设计了熔铸炸药加压凝固过程实验装置,研究了0.6 MPa外加压力条件和常压条件下RDX/TNT 60/40及硝酸钡/微晶蜡60/40凝固过程中不同位置温度变化及冷却速率。常压条件下RDX/TNT 60/40凝固点为77℃,0.6 MPa外加压力条件下凝固点为83℃,加压条件下相转移点温度升高,各测试点冷却速率高于常压条件,整体凝固时间缩短50 min。硝酸钡/微晶蜡60/40凝固过程中没有相变点,0.6 MPa外加压力条件下冷却速率高于常压条件。RDX/TNT 60/40浇注效果表明,加压凝固成型工艺能有效消除熔铸炸药药柱的缩孔缺陷。     

基于多通道电感测量的圆周等分孔位置度在线快速评定方法

针对工业机器人RV减速器精密零件行星架与摆线轮的加工精度在线测量问题,提出一种位置度极角二分法搜索寻优算法,并研制出一种融合位置度量规、坐标测量技术以及多通道电感协同测量技术的圆周等分孔位置度在线快速测量仪。利用多通道电感传感器采集零件被测孔的坐标数据,通过孔心多边形旋转变换和极角二分法迭代寻优,迅速准确得到各孔满足最优的位置度误差。设置单个零件测量节拍小于10 s,以适应生产线上的测量要求。基于分析测量仪的误差源,完成传感器静态标定实验和非线性误差补偿。算法仿真实验、重复性实验和精度对比实验结果表明：所提算法精度小于1.4 μm,精度较高;测量仪重复性精度小于1.5 μm,再现性小于1.0 μm;测量仪与三坐标测量机结果对比误差平均小于2.6 μm,证明了位置度在线测量仪具有较高的稳定性和可靠性。     

一种超聚能装药结构的仿真

为了得到一种新型的可形成较传统射流更高速度的聚能装药结构,利用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D对其成型过程进行了数值仿真,并应用应力波基础、冲击力学等相关理论进行分析。研究表明：选用铜、钽、钨作为“蘑菇形”药型罩的材料可以得到速度在8800～13000 m／s且具有良好成型效果的高速射流。分析了药型罩壁厚和下辅助药形罩二的半径结构参数对射流速度的影响,结果表明,减小药型罩厚度或增大下辅助药形罩的半径可以有效提高形成射流的速度,但速度超过13700 m／s后成型效果变差。根据研究成果可以得到“蘑菇形”药型罩各部分材料的搭配规律及其成型规律。     

光学非球面超精密磨削的微振动对成形精度影响研究

轴对称非球面光学元件超精密磨削加工过程中砂轮的不平衡量和机床主轴引起的微振动直接影响工件成形精度及粗糙度。通过分析磨削过程中产生的微振动现象轴对称非球面光学元件超精密磨削加工过程中砂轮的不平衡量和机床主轴引起的微振动直接影响工件成形精度及粗糙度。通过分析磨削过程中产生的微振动现象建立了砂轮轴和磨床主轴微振动引起的非球面球面半径偏差的数学模型,研制了高精度微振动动态测量装置,测量精度达0.02 μm. 针对研制的大口径超精密非球面磨削机床分析测量了砂轮轴转速和磨床主轴转速、砂轮轴和磨床主轴的静压轴承油压对砂轮轴和磨床主轴的径向微振动和轴向微振动的影响,确定了使该磨床砂轮轴和磨床主轴微振动量最小时的砂轮轴转速和静压轴承油压以及磨床主轴转速和静压轴承油压的工艺参数,利用该参数加工的500 mm口径的非球面面型精度小于4 μm.     

基于旋流分离器结构的冷壁燃烧室流动特性仿真

旋流分离器产生的内外双层旋流具有稳定火焰以及冷却壁面的潜能,为此文中应用雷诺应力模型（ RSM）对某种结构的旋流冷壁燃烧室的流动特性进行了数值仿真。结果表明：旋流冷壁燃烧室能够实现内外双层旋流流动,具有较好的壁面冷却效果。冷热态条件下,总压损失系数为0.9％和1％,表现出低阻特性;内外旋流分界面平均约占半径的70％。燃烧区域分界随燃料喷入速度的增大而增大,燃料喷射速度为12 m／s时,燃烧区域最大,平均约占半径的56％。     

水下空气腔角反射器声散射特性

针对水下金属板角反射器目标强度低、具有明显的频率特性等不足,设计了一种新的弹性空气腔角反射器。采用结构有限元耦合流体边界元法,对水下空气腔角反射器和单层金属薄板角反射器的声散射特性进行仿真计算和对比,分析了入射波频率为5～15 kHz范围内,平板厚度、入射角度等因素对不同类型角反射器目标强度的影响及其散射机理并进行了实验验证。研究结果表明：空气腔角反射器散射强度大,无明显的频率特性,去耦作用明显;空气腔角反射器声散射仿真结果和消声水池实测数据进行对比,二者基本一致;相比笨重且回波强度较弱的单层金属板角反射器,空气腔角反射器具有更优的反声性能和更轻的质量,是理想的水下声反射装置。     

平顶尺寸与起爆环半径对复合药型罩形成射流的影响

为研究复合药型罩平顶尺寸与起爆环半径对射流头部速度及成形的影响,对不同平顶尺寸和起爆环半径的铜-铝复合药型罩进行数值模拟.利用AUTODYN-2D模拟药型罩的变形和射流的形成及断裂的过程,仿真平顶尺寸对射流的影响、起爆环大小对双层药型罩形成射流的影响、平顶尺寸与起爆环半径对射流成形的影响,并分析外罩挤破内罩状况.结果表明:小起爆环半径时,药型罩平顶尺寸越小,射流头部速度越高;大起爆环半径时,较大的平顶尺寸可获得较高的射流头部速度,平顶尺寸增加到装药口径20％左右时,成形中会出现内罩挤破外罩的现象.     

水下弹性角反射器声散射特性

计算水下弹性角反射器声散射问题,需要考虑声波多次散射以及结构和水的流固耦合作用。针对现有水下弹性角反射器声散射特性分析方法的不足,利用结构有限元耦合流体间接边界元法对水下弹性角反射器的远场散射声场进行仿真计算。分析了入射波频率为5.0～20.0 kHz范围内,平板材料、厚度、入射角度及角反射器类型等因素对目标强度的影响及其散射机理。结果表明：水下弹性角反射器的散射声场具有很强的频率特性,且随材料、平板厚度和入射波频率的变化而改变;多次散射波对角反射器的反向散射声场具有重要贡献,仿真数据和实测数据基本一致。进一步提出了角反射器结构设计和优化方法,为水下无源声反射器的论证与设计提供了理论参考依据。     

长管体垂直侵彻半无限靶筒化模型

长管体是异形侵彻体的重要组成部分。长管体侵彻靶板有明显的特殊现象，根据试验结果描述了长管体垂直侵彻半无限靶板的物理图像，建立了侵彻阶段的理论模型、进行了计算，并同长杆体进行了对比，计算与试验结果吻合较好。长管体侵彻时中间“靶芯”对侵彻过程的影响较大。初速范围在1300 m/s至1800 m/s之间时，长管体的侵彻深度与初速基本呈线性关系。长管体的侵彻能力小于同长度同质量同密度的长杆体的侵彻能力。讨论了长管体侵彻深度随内外径比的变化规律。在相同内外径比下侵彻深度随速度的增大而增大，相同速度下侵彻深度随内外径比的增大而减小，并在内外径比增大的某一值时急剧减小。本研究对伸出式穿甲弹的设计有一定的参考价值。     

火炮身管内膛表层温度及其梯度规律研究

火炮射击过程中高温火药燃气可使身管内膛表面材料强度降低、发生相变甚至形成熔融态,加速身管内膛表面形成烧蚀、冲刷、磨损及开裂等损伤,研究身管内膛表面温度及梯度对揭示身管损伤机理具有重要意义。以大口径155 mm火炮身管对象,建立身管热-结构耦合动力学模型,仿真研究阳线棱边倒角、表面镀铬等对身管内膛表层温度的影响规律,结合实弹射击试验后身管内膛表面热影响层检测对仿真结果进行对比。研究结果表明：身管内膛表层温度沿径向快速衰减,形成极大的温度梯度,表面温度达到1 500 ℃、190 μm处温度超过727 ℃;阳线棱边存在明显的热累积,温度比阳线表面高出300 ℃以上,阳线棱边倒角后温度约降低100 ℃;内膛镀铬后可使基体温度降低约400 ℃。     

活性杆条杀伤增强器抛撒行为数值模拟

针对杀伤增强器爆轰驱动活性杆条问题,在AUTODYN-3D平台下采用数值模拟方法研究了杆条排布方式、杆条排布半径和缓冲材料对杀伤增强器爆轰驱动活性杆条行为的影响特性。结果表明,内外层活性杆条径向排布夹角为11.25°,内层杆条排布半径不小于37 mm,外层杆条排布半径不大于85 mm时可以避免活性杆条间相互碰撞,有效保护活性杆条结构和提高活性杆条稳定性;随内层杆条排布半径增加,内层杆条承载爆轰压力显著下降;聚苯乙烯、聚乙烯和聚氨酯都具有良好的缓冲作用,与聚苯乙烯和聚乙烯相比,杀伤增强器采用聚氨酯作缓冲材料,其杆条速度振荡幅度小、收敛快,且杆条空间分布较好。