兵器近场水下爆炸对目标的毁伤特性研究

近场水下爆炸气泡在壁面Bjerknes力和浮力的共同作用下产生朝向结构的高速射流。此时,气泡脉动由于受物面影响,其作用并不明显,所以近场兵器爆炸产生载荷主要为冲击波和气泡射流载荷。文中将气泡射流形状等效为水柱射流,基于水锤理论得到气泡射流载荷。同时采用GeersHunter半经验半解析模型得到冲击波载荷。将冲击波和气泡射流的总载荷加载到近场结构上,采用声固耦合原理计算舰船结构的响应,得到了兵器近场水下爆炸对目标的毁伤特性。     

几种炸药水下爆炸能量损失特性分析研究

针对炸药水中爆炸能量损失特性,通过水下爆炸试验,测定了TNT、RS211、RBUL、GUHL和RS3-4水下爆炸时的超压、冲击波能、气泡能等冲击波性能参数。对试验结果进行分析,得到了超压以及冲击波能的衰减规律,同时分析了装药水下爆炸的能量输出结构及其能量损失特性。结果表明,RS211和RS3-4具有较高冲击波超压峰值,而RBUL、GUHL衰减较缓慢,RBUL、GUHL水下爆炸能量可到达约1.8倍TNT当量。5 kg炸药水下爆炸时,在0~3 m处总能量损失呈现抛物线形式的增长;在3 m之后呈现线性增长;在5 m之后为理想冲击波状态。     

等效水下爆炸冲击加载装置的设计研究

为了获取等效水下爆炸冲击波载荷,基于一维弹性波理论与水介质的线性状态方程,对飞片撞击充水锥形靶舱进行了理论分析。采用AUTODYN有限元软件,对撞击过程进行了数值模拟,对比分析了两种活塞厚度对应的冲击波衰减时间。根据理论与数值模拟研究结果,设计组装了等效水下爆炸冲击加载实验装置,测得了水靶舱侧壁中心处的冲击波压力时程曲线。研究结果表明：在实验室范围内通过飞片撞击锥形水靶舱,获取等效水下爆炸冲击波载荷是可行的,而且飞片速度与活塞厚度决定了水靶舱内冲击波的压力峰值与衰减时间;研制的加载装置可用于典型结构与材料的水下爆炸冲击响应分析研究。     

爆破振动信号的Hilbert-Huang变换分析与应用研究

爆破振动信号分析是研究岩质边坡动力稳定性的基础和前提。希尔伯特-黄变换(HHT)由于其自适应性的特点在分析诸如爆破振动这样的非平稳随机信号中大量应用。以鲁坨路路堑边坡爆破工程为例,提取现场实测的爆破振动信号,采用HHT方法对该信号进行时频和能量分布特征分析,同时对边坡稳定性和临近建(构)筑物的安全做出相应的判定。结果表明:经验模态分解可以无需提前设定基函数,完全按照信号本身的时间尺度分解出信号的固有模态函数(IMF);对IMF分量的判断分析可以提取并过滤原始信号中的干扰成分,通过进一步降噪分解,能更好地体现原始爆破信号的时频和能量分布;Hilbert谱可以清晰地反映原始信号时间-频率-能量关系,从而对边坡稳定和临近建(构)筑物的安全提供可靠的理论指导。基于背景工程爆破信号的HHT分析,原始信号的振动能量主要分布在0~1.5 s时间段和0~50 Hz低频段,需要重点关注建(构)筑物的共振破坏现象。     

基于信号分解的防御弹制导律辨识方法

针对飞机对敌方防御弹制导律辨识的问题,提出一种对相对运动信息进行经验模态分解并采用支持向量机分类的辨识方法。建立了防御弹和飞机的相对运动模型,并根据典型作战场景构建了防御弹可能采取的制导律模型集。针对雷达测量的防御弹与飞机间的视线角速度及距离变化率信号,采用经验模态分解算法对其进行信号分解,提取并构建不同制导律的特征能量带。建立“一对一”多分类支持向量机模型对不同制导律的特征能量带样本进行分类,从而实现制导律的辨识。仿真结果表明,本研究提出的基于经验模态分解算法和支持向量机模型的制导律辨识方法能够以较高精度实现对样本集中制导律的辨识。     

水下爆炸冲击波作用下单向加筋板的大挠度塑性变形

基于理论与有限元方法对加筋板结构在水下爆炸冲击载荷作用下的大挠度塑性变形问题进行分析研究。探讨了水下爆炸冲击波载荷计算方法。提出了适用于冲击波载荷的消除波形影响的新方法,使指数衰减形式的冲击波载荷等效为方波,便于塑性动力响应分析。通过膜力因子法建立结构的运动方程,并运用龙格库塔法求解。总结能量法对矩形加筋板塑性变形问题的求解过程。设定若干种典型工况,运用上述两种方法求解结构残余变形,并与数值计算结果分析比较。最后,对能量法与膜力因子法求解的结果进行误差对比分析,指出两种理论方法各自的优缺点。     

希尔伯特黄变换在遥测振动信号处理中的应用

介绍了希尔伯特黄变换（HHT）的基本方法,并对变换方法的性能进行了分析。针对变换方法中端点效应和模态混叠效应的问题,提出了利用过采样技术进行解决。仿真和试验数拓验证了利用HHT对遥测振动信号进行处理与其他时频分析方法相比较具有独特优势。     

船体水下爆炸冲击动弯矩理论与试验研究

针对船体在水下爆炸载荷作用下产生的冲击动弯矩危及总强度问题,对船体水下爆炸冲击动弯矩进行研究。用泰勒平板理论修正的船体壁压作为求解载荷,在等值船体梁模型的基础上求解经典阻尼多自由度振动方程,并用弯矩的微分形式得出冲击动弯矩。通过与实船水下爆炸试验值的对比,验证该理论方法的正确性。最后分析了冲击波与气泡脉动分别作用下的冲击动弯矩和不同工况下的动弯矩的占比。结果表明,船体动弯矩以前二阶为主,同时不可忽略冲击波产生的动弯矩。本文的分析方法为水下爆炸载荷作用下船体总纵强度的校核提供一定的参考。     

聚能战斗部水下爆炸载荷特性

为研究聚能战斗部水下爆炸产生的冲击波及侵彻体的载荷特性,建立聚能战斗部水中自由场爆炸及侵彻含水夹层复合靶的数值仿真模型,获得冲击波强度和测点相对位置的关系,研究有、无药型罩下战斗部对含水夹层复合靶的毁伤差别及冲击波、聚能侵彻体的毁伤效果。结果表明:聚能战斗部水中爆炸冲击波强度在相同爆距下与空间位置有关,但差距不大,聚能侵彻体利用炸药的部分能量形成集中于一个方向的强动载荷。     

深水条件下TNT炸药的爆炸特性

炸药在水下爆炸过程中,炸药能量主要以冲击波能和气泡能的形式释放,炸药种类及爆炸工况不同,炸药的爆炸特性也会发生变化。用AUTODYN数值模拟软件对水深100~2 000 m范围内50 g TNT球形药包的爆炸过程进行计算,获得了水下爆炸冲击波压力衰减过程和气泡脉动过程。分析结果表明:深水爆炸气泡最大半径和脉动周期均变小,符合经验公式描述。在计算深水爆炸冲击波能量时,对已有的公式进行了修正,得到了稳定的爆炸总能量。计算结果表明,随着药包入水深度的增加,冲击波能减少,气泡能增加。     

鱼雷近场爆炸复杂载荷及对舰船毁伤模式

为科学评估鱼雷水下爆炸对舰船毁伤效能,基于非线性显式动力学分析软件LS-DYNA建立近边界水下爆炸数值分析模型.将近自由液面边界条件下的爆炸载荷计算结果与文献[6]经验公式及文献[17]试验结果对比,验证所建立的数值模拟方法能较好地反映近场水下爆炸的冲击波压力及多次气泡脉动过程.利用该技术构建与实战边界条件贴近的数值仿...     

爆炸气泡帷幕对水中冲击波能量的衰减特性

在传统气泡帷幕减震技术的基础上,提出了爆炸气泡帷幕削能新理念,并对爆炸气泡帷幕削能设想进行了实验研究,发现在本实验条件下爆炸气泡帷幕能有效衰减冲击波峰值压力,且衰减量高达60%,对冲击波比冲量的衰减高达62.2%;采用小波包分解技术对爆炸气泡帷幕的削能效果进行评判,发现爆炸气泡帷幕对各频段的冲击波能量衰减效果明显,绝大部分频段的能量衰减都在50%以上;爆炸气泡帷幕能够有效消除水下爆炸冲击波的高频部分,爆炸冲击波通过爆炸气泡帷幕后只有低频成分,且低频成分能量大大削弱。     

铝氧比对CL-20 基含铝炸药水下能量输出结构的影响

为增强摧毁舰艇的能力,对CL-20 基含铝炸药的铝氧比(Al/O)对水下能量输出结构的影响进行研究。设 计不同Al/O 的CL-20 基含铝炸药配方,采用水下爆炸威力实验,对几种混合炸药配方的水下能量输出结构进行分 析,剖析了Al/O 对CL-20 基含铝炸药的水下冲击波能、水下气泡能以及水下能量输出结构的影响规律。实验结果 表明：CL-20 基含铝炸药水下的冲击波能、气泡能和总能量随Al/O 的增加呈现先增加后减少,且水下爆炸总能量在 Al/O 为0.75 左右时有一个最大值,约为6.43 MJ/kg。     

水声干扰子弹威力分析

为了研究壳体厚度和材料对水声干扰子弹威力的影响,在Cole水下爆炸冲击波经验公式的基础上,利用AUTODYN仿真程序对水声干扰子弹水下爆炸进行模拟,分析了子弹壳体厚度和材料对水下爆炸声压级的影响,仿真结果表明,水下爆炸声压级随着壳体厚度的增加先升高后降低;壳体材料的屈服应力越大,水下爆炸声压级越高。仿真结果为工程应用提供理论参考。     

爆炸冲击波和破片联合作用下玻璃纤维夹芯复合结构毁伤特性实验研究

为研究爆炸冲击波和破片联合作用下复合夹芯结构的防护能力和毁伤机理,采用TNT和预制破片开展了冲击波和破片联合作用下玻璃纤维夹芯结构的联合毁伤实验。研究玻璃纤维复合夹芯结构的毁伤特性,将其防护能力与芳纶、高强聚乙烯复合夹芯结构进行了量化对比,并分析了冲击波和破片联合作用下复合夹芯结构前面板、芯层、后面板的破坏模式及相应破坏机理。结果表明：选用复合夹芯结构抗冲击波和破片联合毁伤时,同等防护能力所需E玻璃纤维芯层重量分别为芳纶芯层、高强聚乙烯芯层的1.37倍、2.50倍;前面板破坏模式主要由冲击波载荷、破片载荷、芯层约束3方面因素共同决定;破片载荷对芯层破坏模式起主要作用,后面板破坏模式与芯层碰撞、破片载荷两方面因素有关,其中冲击波载荷和芯层碰撞为面载荷,使前后面板产生整体弯曲变形,破片载荷为点载荷,使面板和芯层产生局部的穿甲破孔,芯层约束限制了前面板变形空间。     

2种非TNT基熔铸炸药水下爆炸特性

为选择水下炸药中的主炸药,分析RDX与HMX在水下爆炸的能量输出特性差异,分别以RDX和HMX为主炸药,制备了2种非TNT基熔铸炸药R-RDX与R-HMX,并在直径为85 m的水池中进行水下爆炸试验,测试水下爆炸压力及脉动周期,计算冲击波能及气泡能.试验结果表明:在4~6 m范围内,R-RDX炸药的冲击波能为1.18 MJ/kg,气泡能为4.00 MJ/kg;R-HMX炸药的冲击波能为1.19 MJ/kg,气泡能为4.01 MJ/kg;对于非TNT基熔铸炸药,HMX作为主炸药同RDX相比,在水下爆炸时并无能量优势.     

水浴加热对乳化炸药爆炸威力的影响

为了研究高温炮孔对水浴防护下乳化炸药爆炸威力的影响,采用100℃水浴加热模拟高温炮孔中防护下乳化炸药的环境温度,通过水下爆炸实验计算得到水下爆炸参数。结果表明:乳化炸药的爆速、冲击波冲量、比冲击波能、比气泡能以及总能量随着水浴加热时间的增加而下降,其中乳化炸药比气泡能与总能量随着水浴加热时间增加呈近似线性降低,水浴加热时间增加对比气泡能占总能量的比例变化影响较小,其比例保持在65%左右。     

双元复合炸药装药水下爆炸能量输出特性

选择GH-1和GUHL-1两种炸药及内外层和上下叠加两种典型的双元装药结构,测量了水下爆炸冲击波超压-时间历程,研究不同双元装药水下爆炸的能量输出结构,并与单一配方装药进行了对比.实验结果表明: 同样化学组成下,采用双元炸药装药结构,能够改变水下爆炸测点处的爆炸载荷,减少冲击波在传播过程中的能量损失,提高能量利用率; 其中采用外层高爆速炸药,内层非理想炸药的同轴内外层双元装药结构,比单一配方装药的比气泡能提高22.4%,而且两部分装药之间产生了能量耦合效应.     

铝薄膜含量对RDX基铝薄膜炸药水下爆炸性能影响

将传统含铝炸药中的铝粉用铝薄膜代替,得到铝薄膜炸药。用水下爆炸对比实验得到了铝薄膜含量为10%~40%的混合炸药与黑索今(RDX)在不同位置的压力-时程曲线。经过分析与计算得到了不同铝薄膜含量混合炸药的压力峰值、冲量、比冲击波能、比气泡能。结果表明:铝薄膜含量为10%时,铝薄膜炸药冲击波冲量相对于RDX提高了9%~9.5%,铝薄膜炸药比冲击波能相对于RDX提高了9%~12%。铝含量对铝薄膜炸药水下爆炸性能的影响不同于传统含铝炸药,主要由铝薄膜炸药的药柱结构与铝薄膜反应程度引起。     

黑索今基含铝炸药水下爆炸性能的实验研究

为研究黑索今（RDX）基含铝炸药水下爆炸性能,在户外水池中开展了不同药量和含铝量的RDX基炸药水下爆炸实验。采用水下高速摄影技术拍摄水下爆炸气泡脉动全过程,通过压力传感器对水中压力进行实时测量。在该实验条件下,首次拍摄到RDX基含铝炸药水下爆炸过程中二次反应现象,证明铝粉的二次反应是毫秒量级的。根据实验数据,对比分析了不同含铝量下RDX基含铝炸药水下爆炸过程中气泡脉动特性和水流场压力特性。实验结果表明：在气泡膨胀初期和收缩末期都发生了铝粉的二次反应;铝粉的二次反应显著增大了RDX基含铝炸药气泡的脉动能力;铝粉的二次反应对冲击波峰值的影响很小,对气泡脉动压力峰值的影响很大;铝粉的二次反应明显影响了水下爆炸的能量结构分布。