高海况下伞弹弹道散布建模与仿真

在海上低空投放鱼雷、水雷以及深水炸弹等水中兵器时,入水参数即鱼水雷以及深水炸弹的水下弹道初始条件,将直接影响最终的攻击效果．其中落点散布和入水姿态是入水参数中关注的重点．本文建立了高海况下随机风及投弹条件误差影响的伞弹弹道模型．通过MATLAB平台利用蒙特卡洛模拟打靶法对弹道模型进行数值仿真．仿真结果可为理论射表的编拟和投弹试验提供理论依据．     

大口径弹体高速入水载荷特性研究

针对未来海上平台发射大口径抛射体入水冲击载荷问题,为了研究速度接近200 m/s时,不同速度、入水角度以及攻角对大口径平头弹体入水径向载荷以及轴向载荷的影响,基于LS-DYNA软件,采用多介质ALE方法,对速度在150～190 m/s,入水角度在45°～60°之间,具有3°～7°攻角的弹体入水模型进行数值模拟。结果表明:在同一入水速度的情况下,轴向载荷峰值随入水角度的增加而增加,径向载荷峰值随着入水角度的改变有一定的波动; 在入水初期,径向载荷到达峰值后慢慢趋于稳定并收敛于0; 径向载荷的峰值出现在轴向载荷撞水瞬间产生的第1次小峰值时刻; 正攻角会使弹体产生顺时针旋转的径向载荷,负攻角会使弹体产生逆时针旋转的径向载荷,载荷大小随着攻角数值大小的增大而增大。     

对称弹头落点散布近似法

本文推导出对称弹头由于风、密度和攻角的统计影响所引起落点散布的近似分析法。用简化的弹道模型和扰动的近似解法来估计风和密度的影响。给出了用于计算风和密度引起的散布的协方差法各影响系数的简单关系式。同时得到了有效攻角引起的1σ阻力误差随时间的变化。所得结果以适于直接使用于对称弹头落点散布估计的形式提供。这就不需要通常为得到影响系数而采用的广泛的点质量弹道模拟,也不需要为估计再入攻角对散布的统计影响而采用的Monte Carlo的六自由度模拟。用近似法得到的弹道系数的几个值和用数字计算得到的弹道系数的几个值非常一致。这一结果只限于整个再入期间弹道系数为常数的情况。     

一种空投水雷水下初始弹道的仿真

在对一种空投水雷水下无动力运动过程中运动受力分析的基础上,建立了研究其水下初始弹道的运动数学模型,并用Matlab软件编写实现了弹道仿真。仿真计算表明:研究的空投水雷在有水平均匀水流和入水角的情况下,一定深度范围内的初始弹道表现出逆流向运动特性,对减小散布距离有一定好处;在没有水平均匀水流情况下,入水角的增加比增大空投水雷入水速度对散布距离的影响更明显。     

基于攻角修正系数的落点预测方法

针对四自由度模型中攻角解算精度不高导致落点预测精度低的问题,提出了基于攻角修正系数的落点预测方法。该方法以引入攻角修正系数的四自由度弹道模型为状态模型,卫星定位测量的位置、速度和磁传感器测量的转速为量测量构筑量测方程,采用扩展卡尔曼滤波估计攻角修正系数,然后基于攻角修正系数解算四自由度弹道模型预测弹丸落点。155mm底排弹最大射程仿真和外场试验数据验证结果表明,采用修正系数修正攻角预测落点能有效提高弹丸落点预测精度,预测CEP可达到20m,可推广应用于中大口径系列榴弹。     

不同头型射弹低速倾斜入水空泡及弹道特性试验研究

为研究射弹头型对低速倾斜入水空泡及弹道特性的影响,基于高速摄像方法,开展不同头型射弹低速倾斜入水对比试验,得到了射弹头型对入水空泡、运动速度、俯仰角和阻力系数的影响规律。试验结果表明：同一入水时刻,空泡直径随着头部锥角增加而增大,半球头型射弹入水空泡直径小于锥角头型射弹;锥角头型射弹速度衰减速率随着锥角增加而增大,半球头型射弹速度衰减率小于锥角头型射弹;入水过程中半球头型射弹俯仰角变化最为剧烈,弹道稳定性也较差;不同头型射弹在入水过程中运动参数呈现出较强的非线性特性。     

蒙特卡罗法分析随机风对火箭弹落点散布的影响

随机风是影响火箭弹落点散布的一个重要因素。将风场作为典型的随机过程,建立随机风场的工程化数学模型并结合火箭弹被动段动力学运动方程,利用经典的统计试验法——蒙特卡罗法进行随机风作用下火箭弹落点散布的仿真,预测弹丸落点。通过仿真,得出各个表征风场性质的参数对火箭弹落点散布的影响结果,有效分析随机风对火箭弹落点散布的影响,为提高火箭弹射击精度、减小落点散布、进行弹道修正提供实验依据。     

射向变化对跑道失效率的影响分析

根据导弹实际落点的椭圆散布规律,构建了射向不平行于目标边情况的跑道失效率Monte Carlo算法模型.计算并分析了射向变化对机场跑道失效率的影响,结果表明,椭圆散布下武器射击方向的变化对跑道失效率的毁伤效果影响较大,随β角的增加,跑道失效率的值减小;随母弹抛撒半径的增大,跑道失效率先增大后减小,β角的变化对失效率指标的影响减小.     

鱼雷小角度入水过程仿真

针对鱼雷小角度入水问题,采用多相流混合模型及动网格方法,分析了鱼雷在小入水角条件下的入水空泡形成过程,以及雷体外形与入水空泡壁的相互作用特点,获得了不同入水角、入水攻角条件下俯仰力矩及力矩作用点位置在入水过程中的变化规律。仿真结果表明,减小入水攻角、延迟动力点火将有助于避免发动机失速、鱼雷跳水等异常现象,采用泵喷射推进器有利于鱼雷入水过程的稳定。     

伞弹系统落点散布影响因素分析

根据伞弹系统弹道飞行特征对伞弹弹道模型进行了简化,提出了弹道和落点分析计算模型。根据该模型对影响弹道落点的因素进行了分析,得出了各因素导致的落点散布影响范围和敏感程度。认为载机偏角、载机倾角、机弹侧向分离速度、伞弹自身因素散布和风偏对弹体落点散布的影响较明显,是导致弹体落点散布的敏感因素,并通过计算得到了弹体落点综合散布范围。     

起爆方式对周向MEFP战斗部性能影响的数值仿真

为研究起爆方式对周向多爆炸成型弹丸(MEFP)战斗部毁伤元成型的影响,针对5层周向MEFP战斗部结构,利用Ls-dyna软件数值研究了单点起爆下起爆点高度以及多点起爆下起爆点数量、起爆同步误差对MEFP毁伤元速度和飞散角的影响。结果表明:单点起爆条件下,随着起爆点高度的增加,毁伤元的总散布角度逐渐增大; 当起爆点位于战斗部轴线中心时毁伤元总散布角度达到最大,各层MEFP毁伤元速度差达到最小; 装药端部MEFP成型过程受稀疏波影响较严重,导致装药端部毁伤元速度较低; 采用中轴线多点起爆对端部毁伤元速度提升效果不明显,但能大幅度提升内侧3层MEFP的速度; 对口径大于48 mm的周向MEFP战斗部而言,500 ns以内的起爆同步误差不会对MEFP毁伤元的速度和飞散角产生明显影响,但起爆同步误差的存在使得MEFP成型更加不对称。     

装药参数对整体式多爆炸成型弹丸成型的影响

为提高整体式多爆炸成型弹丸毁伤能力,采用LS-DYNA数值仿真软件模拟了装药参数对整体式多爆炸成型弹丸(MEFP)成型的影响。结果表明,装药间距主要对周边弹丸成型形态与发散角产生影响;随着装药间距的增加,整体式MEFP速度和中心弹丸长径比变化较小,周边弹丸则由长杆形逐渐向"球形"发展,周边弹丸拖尾逐渐减小,弹丸飞行稳定性增强,弹丸发散角也随着装药间距的增加逐渐减小。随着装药长径比的增加,中心弹丸速度和长径比都得到大幅提高,中心弹丸侵彻能力增强;周边弹丸外形则由"球形"逐渐向长杆形发展,周边弹丸拖尾逐渐增大,弹丸飞行稳定性减弱,弹丸发散角则随着装药长径比的增加呈现先增大后减小趋势,故可根据具体目标选择合适的长径比装药,以提高对目标的打击毁伤概率。     

波浪对航行体高速入水载荷特性影响

波浪条件下航行体高速入水的载荷特性是影响该类航行体总体方案及结构设计的关键因素.采用流体体积多相流模型和动网格技术建立高速入水数值模拟方法,通过试验验证计算方法的准确性和适用性,并分析入水角度和波浪参数等因素对高速入水轴向载荷的影响规律.结果表明:轴向冲击力系数峰值随着入水角度增大而增大,且与入水角的正切函数值呈线性关...     

带攻角弹体斜侵彻混凝土深度计算公式对比分析

为了分析经典侵彻深度经验公式对带攻角弹体斜侵彻混凝土靶的适用性,介绍了目前应用较广且精度较高的混凝土侵彻深度计算经验公式,并以152 mm一级轻气炮为试验平台,通过弹体攻角、倾角联合侵彻C30素混凝土靶的试验加载测试系统进行试验研究,测得了弹体着靶速度、开坑尺寸和侵彻深度。并应用各经验公式对带攻角弹体斜侵彻混凝土目标的侵彻深度进行了计算和对比,分析了不同经验公式计算值与实测值之间的差异。试验研究表明,对于带攻角弹体斜侵彻混凝土的侵深经验公式中,ACE公式和Forrestal公式计算侵彻深度与实测侵深最为接近,相对误差均未超过10%,满足工程计算需求。     

使用航空自导深弹多次攻潜方法

针对反潜巡逻机使用航空自导深弹的攻潜作战问题,给出了多次深弹攻击的定义,分析了多次深弹攻击的使用时机和攻击参数。在建立连投航空自导深弹攻潜效能评估模型的基础上,通过仿真计算,研究了潜艇目标采取纯机动对抗和使用声诱饵对抗时,多次连投深弹攻击的合理攻击参数和命中概率,总结了反潜巡逻机多次连投深弹攻潜作战的方法。     

串联随进弹侵彻预开孔靶弹道轨迹的数值模拟

利用移动载荷自定义程序的弹-靶分离方法,并结合Forrestal半经验靶体阻力函数,开展了串联随进弹侵彻预开孔靶弹道轨迹数值模拟。在实验验证计算模型及自定义程序可靠的基础上,研究弹-靶轴偏置、倾角、攻角等对串联随进弹侵彻弹道轨迹的影响规律。研究结果表明：弹-靶 轴偏置、倾角、攻角等因素对弹体的弹道轨迹及侵彻深度影响显著;预开孔孔道具有一定的引导侵彻作用;在弹-靶轴偏置、倾角及攻角的共同影响下,随进弹侵彻预开孔靶存在着跳飞可能。     

基于MATLAB/Simulink的火箭深弹水中弹道仿真

以火箭深弹水中弹道模型为基础,采用MATLAB/Simulink对火箭深弹水中弹道进行仿真,在仿真过程中以特定火箭深弹的弹体结构参数为初始条件,成功模拟了火箭深弹的水中弹道,讨论了初始弹道倾角和初始速度对水中弹道的影响.研究结果为其他相关研究提供参考.     

起爆点位置对网栅切割式MEFP成型的影响

为了研究起爆点位置对圆环形网栅切割式MEFP成型的影响,利用LS-DYNA动力有限元程序,采用流固耦合方法,对圆环形网栅切割式MEFP的形成过程进行了数值模拟。结果表明,该装药结构能形成5个具有一定质量和方向性、速度达到1600～2400 m.s-1的子EFP。在网栅距离固定的前提下,随着起爆点与药型罩顶点距离的增加,MEFP的速度逐渐增大,发散角逐渐减小。起爆点距离在0.56 Dk(Dk为装药口径)到0.89 Dk范围内能形成理想的子EFP,且在0.78 Dk时成型最好。     

深水爆炸二次压力波超压峰值的工程模型

研究水下爆炸深度对二次压力波传播的影响和深水爆炸二次压力波超压峰值的定量计算方法,具有重要的工程应用价值。基于AUTODYN软件建立球形TNT装药深水爆炸的数值仿真模型,利用模拟深水爆炸罐试验数据进行了模型校验,计算与试验结果的吻合度和一致性良好。在此基础上,进行30 g球形TNT装药在5～8 000 m水深范围内爆炸共18个工况的计算,每个工况提取5个爆距的二次压力波超压峰值,共得到90个仿真数据结果。仿真数据与分析结果表明：深水爆炸二次压力波超压峰值符合爆炸相似律;深水爆炸二次压力波超压峰值随水深的增加单调连续增大,增大比率随水深的增加不断减小。通过进一步数据分析与处理,得到基于爆炸相似律结合水深修正的计算深水爆炸二次压力波超压峰值的工程模型,该模型具有重要的工程实用性和通用扩展性。