动能拦截器对子母弹头毁伤行为数值模拟

采用数值模拟方法对直接碰撞动能拦截器毁伤子母式化学有效载荷行为进行了数值模拟.结果表明,子母式化学有效载荷毁伤效果显著受碰撞位置和碰撞角影响,碰撞位置为弹头几何中心或两层子弹分界面时,子弹毁伤率明显提高.碰撞角存在最佳范围,且随碰撞位置的不同而变化.撞击子母弹前部,小角度情况下毁伤效果较好,而中部和后部,则在垂直撞击情况下毁伤效果较好.基于数值模拟结果,获得了碰撞角和碰撞部位对毁伤效果的影响规律,为中段动能反导毁伤评估、选择合理的拦截方式和动能拦截优化设计提供了依据.      

高密度活性破片碰撞双层靶毁伤效应

 采用弹道碰撞实验,对高密度冷压成型和烧结硬化PTFE/Al/W活性破片正碰撞双层间隔铝板毁伤效应问题进行研究。实验结果表明,在高速碰撞条件下,活性破片对前靶的作用主要体现为动能贯穿破坏,与前靶相比,后靶毁伤更为严重,表现为更大的穿孔尺寸和毁伤面积,并伴随有显著的隆起及裂纹等结构破坏。引入裂纹扩展理论,分析了碰撞速度及靶板厚度对活性破片动能侵彻和爆炸作用联合毁伤效应的影响,从机理上揭示了后靶结构毁伤行为和效应。     

活性破片对钢板侵彻性能的实验研究

进行了弹道枪发射实验,研究了活性破片对钢板侵彻性能和毁伤效应。测量破片穿透不同厚度钢板的临界速度,采用高速摄影仪观察破片侵彻钢板过程和反应现象。实验结果表明,活性破片在497~1374 m/s速度范围内,撞击钢板时发生了反应,并伴随有强烈的燃烧、爆炸现象。在战斗部设计关心的1 500~2 200 m/s范围内,活性破片对典型的6 mm厚等效钢板具有足够的侵彻能力;且穿孔直径大于惰性钢破片。聚合物基体材料的强度低和撞靶反应是造成活性破片侵彻穿甲能力弱于钢破片的主要原因。活性材料强度和密度相对钢靶较低,导致撞击靶板过程中发生较大的镦粗变形以及侵靶过程中反应对靶孔产生径向膨胀效应使穿孔孔径增加。     

电铸镍药型罩侵彻体的高速变形行为

利用直流电铸法制备纯镍药型罩,对其爆炸变形前后的微观组织和织构进行对比观察,探讨电铸镍药型罩爆炸变形后侵彻体的高速变形行为.结果表明,电铸镍药型罩的晶粒形态由变形前的柱状晶转变为等轴晶,变形前存在的微观织构消失.侵彻体在高速变形过程中经历的是绝热变形过程.侵彻体与靶体的相互作用促使射流发生融化,并与靶体熔融形成铁镍合金.熔融的铁镍合金与侵彻体后续跟进的杵体发生接触,在杵体外部边缘部位凝固,生成复合组织.杵体在整个变形过程中经历了典型的动态回复和动态再结晶过程.     

侵彻与爆炸联合作用下混凝土靶体的毁伤效应分析

考虑弹体侵彻、爆炸高加载率下混凝土的应变率效应,首先采用SPH-Lagrange算法建立弹体高速侵彻耦合模型,研究高速钻地制导炸弹的侵彻毁伤过程及其破坏特征;同时采用SPH算法建立考虑初始侵彻损伤的内部爆炸耦合模型,对比分析弹体侵彻与爆炸联合作用和弹体直接内部爆炸这2种条件下的混凝土毁伤特征,探讨钻地制导炸弹的初始侵彻损伤对混凝土内部爆炸毁伤破坏过程的影响。研究结果表明:高速弹体的侵彻只造成混凝土结构的局部损伤;在侵彻与爆炸联合作用下,混凝土结构将发生严重破坏。初始侵彻毁伤对混凝土内部爆炸的毁伤机理有重要影响。     

活性芯体子弹对柴油油箱引燃效应及机理研究

针对传统惰性子弹对柴油油箱引燃能力不足的问题,提出一种活性材料填充钨合金子弹结构.基于12.7 mm弹道枪,开展了活性芯体子弹对柴油油箱引燃效应实验研究,结合子弹侵彻过程动力学理论分析,得到了弹芯结构、子弹与油箱碰撞位置对引燃效应影响规律,并揭示了活性芯体子弹结构对柴油油箱的引燃机理.研究结果表明,在装填等质量活性材料的情况下,子弹结构活性材料腔长径比越小,子弹实心段长径比越大,活性材料非自持反应释能更完全,燃油流体动压更显著,引燃效率更高;子弹作用油箱位置影响子弹与燃油作用时间,通过影响燃油内流体动压效应及活性材料点火时间,显著影响引燃效率;活性芯体子弹通过动能侵彻流体动压效应及活性材料化学反应释能的双重作用,使其对柴油油箱的引燃效率显著高于传统惰性子弹.      

子弹旋转对平板高速撞击损伤的影响

子弹在作战状态下往往伴随着高速的旋转,为了研究子弹的旋转对平板高速撞击响应的影响,构建了旋转子弹侵彻平板的计算模型,根据相关实验结果确定了合理的材料参数,研究了子弹在不同转速、不同入射速度下侵彻不同厚度平板的撞击响应差异性。研究结果表明,在保证子弹的入射速度相同的前提下,不同转速的旋转子弹撞击较薄平板的变形模式差异性比撞击较厚平板的变形模式差异性大;子弹的旋转速度越高,其侵彻后的剩余速度越大,但子弹撞击平板的撞击载荷受子弹转速的影响却不明显;在不考虑温度的情况下,子弹以相同速度撞击平板时,能量耗散量基本不随子弹转速变化。     

弹体高速侵彻厚钢筋混凝土靶的数值模拟

针对厚钢筋混凝土靶在弹体高速侵彻时的毁伤特性,基于混凝土连续帽盖模型(CSCM)和共节点耦合建模方法对弹体高速侵彻厚钢筋混凝土靶的毁伤行为进行数值模拟,分析钢筋混凝土靶的损伤分布特性、钢筋结构对混凝土的约束作用。结果表明：高速侵彻时,延性损伤体现在混凝土内部,脆性损伤更多体现在混凝土外部表层,钢筋网能较大程度地约束混凝土延性损伤的扩展;增加竖筋的配置,可预防厚钢筋混凝土靶沿钢筋层产生层断脱离破坏,从而提高钢筋混凝土的抗弹性能;钢筋混凝土迎弹面的崩落面积随侵彻速度增加而增大,首层钢筋越接近表面,约束效果越好。可见：混凝土连续帽盖模型（CSCM）和共节点耦合建模方法能较好地模拟厚钢筋混凝土靶在弹体高速侵彻作用下的毁伤特性。     

直接碰撞杀伤动能拦截器对子母弹头毁伤分析模型

针对直接碰撞杀伤动能拦截器对子母弹道导弹弹头毁伤问题,对动能拦截器和子母弹头目标特性进行了分析,基于体积重叠分析提出了子弹毁伤判定方法,建立动能拦截器末端遭遇弹道模型,并通过引入射击线技术对毁伤子弹数进行了估算,建立了动能拦截器对子母弹头毁伤快速分析模型. 算例与分析表明,利用该模型可有效分析碰撞角、碰撞点等因素对子母弹头毁伤概率的影响,研究结果可为动能中段反导毁伤效能评估和拦截模式选择提供参考.      

多模毁伤元形成与侵彻效应的数值模拟

研究改变起爆方式使Octol炸药和球缺紫铜药型罩的柱锥型战斗部形成爆炸成型弹丸和杆式侵彻体两种毁伤元,采用AUTODYN-2D软件对点起爆和环形起爆方式下毁伤元形成与侵彻装甲钢靶进行数值模拟,分析起爆位置对毁伤元成形和侵彻能力的影响. 数值模拟结果表明,相同战斗部结构在5Dk(Dk为装药直径)炸高下,理想环形起爆半径条件下形成的杆式侵彻体对装甲钢的侵彻深度约为爆炸成型弹丸侵彻深度的2倍.     

子弹药引信涡轮发电机工作域流场特性分析

针对由于子弹特殊的几何外形引起的引信涡轮发电机工作域流场的复杂性和特殊性,本文在考虑涡轮发电机的整体布局和子弹药弹道环境的基础上,采用S-A湍流模型的雷诺平均N-S方程作为控制方程,利用有限体积法离散,借助CFD软件建立了数值仿真模型. 通过仿真研究了子弹药典型弹道环境下涡轮发电机工作域的流场特性,得出了流场压强、流速的分布及其与子弹药弹道特性之间的关系,进而获得了涡轮机设计的输入条件及叶轮安装位置的选择准则.     

战术火箭子母战斗部第一次抛撒分离多体干扰流场数值模拟

以三维Navier-Stokes方程为基础,用计算流体力学(CFD)数值模拟方法对俄9M55K型火箭弹子母战斗部的第一次抛撒分离过程--子弹筒从母弹侧向抛出进行了研究.数值模拟结果表明,当子弹筒离母弹很近时,子弹筒头部激波在母弹上的反射是母弹对子弹筒气动干扰的主要原因;当子弹筒穿越母弹头部激波时,母弹头部激波是引起子弹筒气动特性剧烈变化的主要原因;多个子弹筒相距较近时,子弹筒头部激波之间的彼此干扰也很重要.这些结论可为子母型武器的总体设计、分离参数选择提供气动依据.     

平头弹超音速尾流对飘带伞气动特性的影响

提出了一种用于超音速抛撒平头子弹药的飘带伞结构的新型超音速伞,研究弹体超音速尾流对伞气动特性的影响.在风洞试验结果验证的基础上,通过建立多套分块结构化网格模型,采用有限体积法和SST湍流模型对单独弹和伞弹分别进行超音速数值模拟,用数值纹影法显示弹体尾流场并进行了分析,得到了平头弹超音速尾流对飘带伞气动特性影响的变化规律.结果表明,弹体尾流对伞气动特性的影响随马赫数的增加而变大,随弹伞间距与弹径比和伞弹径比的增加而变小,随飘带宽度与弹径比的增加先基本保持不变后变大.     

采用泡沫铝填充薄壁结构的穿透器缓冲防护研究

携带探测仪器的穿透器高速侵彻行星体,内部科学仪器将受到高g值冲击,极易损坏.为了科学仪器的缓冲防护以提高自身存活率,本文设计了一种具有多层能量吸收结构的穿透器样机,将泡沫铝填充薄壁结构(简称FTS)应用于内部载荷的缓冲防护设计上以提高存活率.在LS-DYNA中模拟了穿透器侵彻星球介质的过程,通过冲击试验和仿真分析验证了该种措施的有效性.研究结果表明:FTS对隔离冲击和能量吸收效果明显,为穿透器工程样机的研发提供了重要的解决方案.     

两种长杆弹侵彻半无限厚装甲钢靶研究

采用海37 mm弹道炮发射次口径钨合金和钨纤维增强非晶复合长杆弹进行了高速侵彻装甲钢靶试验,并借助三维非线性动力有限元程序ANSYS LS-DYNA对1.0~2.6 km/s速度条件下两种长杆弹侵彻半无限厚装甲钢靶问题进行了数值模拟,分析了弹体材料和速度对其侵彻性能的影响,并对其毁伤机理进行了初步分析.实验与数值计算结果均表明钨纤维增强非晶复合长杆弹的侵彻性能优于钨合金长杆弹;实验侵彻过程中,钨纤维增强非晶复合长杆弹产生了自锐现象,而钨合金长杆弹则是形成了蘑菇头;数值模拟结果表明两种长杆弹的破坏模式随入射弹速的变化而变化.     

药型罩壁厚对周向MLEFP成型影响的数值模拟

为提高防空反导弹药和反轻型装甲目标弹药的毁伤效能,提出了一种新型周向多线性爆炸成型弹丸(MLEFP)战斗部结构。在应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟MLEFP战斗部形成过程的基础上,分析了药型罩壁厚对周向MLEFP成型的影响规律。结果表明,在爆炸载荷作用下,新型周向MLEFP战斗部结构能够在4个方向上形成具有一定速度和长度的线性爆炸成型弹丸(LEFP),具有命中精度高、毁伤概率大、后效显著的特点,可以实现从四周进行近距离拦截和引爆来袭导弹、毁伤轻型装甲目标的目的,当药型罩壁厚与装药直径比取为0.05≤δ/D≤0.062时,形成的LEFP速度高、密实度好、毁伤效能好。     

母弹近区子弹的弹道特性

在母弹(布撒器)-子弹气动干扰风洞实验结果的基础上,进行了母弹近区子弹弹道计算. 结果表明,母弹干扰对子弹的弹道特性有重要影响,在母弹近区必须使用包含母弹干扰的子弹的当地气动特性数据进行子弹的弹道计算;子弹的初始下抛速度缩短了子弹飞离母弹干扰区的时间;在干扰区内,子弹的攻角很小,不会出现翻滚与母弹相碰;在母弹近区,子弹与母弹的纵向相对速度很小,后排子弹也不会运动到母弹的尾翼区.     

椭球型罩聚能装药侵彻混凝土的数值模拟研究

基于有限元法中心差分包软件LS-DYNA-970的平台上对三种椭球罩型聚能装药侵彻素混凝土试样的问题进行了3-D数值仿真研究。研究揭示了各种情况下金属侵彻体的形成过程和侵彻过程的机理。研究表明在药罩口径相同的前提下,椭球体长轴较长的装药结构在爆炸荷载作用下能形成头部速度高。弹身长径比大、整体质量分布合理的射流侵彻体,但其扩孔效果较差。在分析混凝土受力失效过程的同时,获得了在金属射流在不同侵彻深度下,混凝土的开孔孔径大小的数值结果。计算结果与文献中的实验数据相比吻合较好。