钨合金易碎动能穿甲弹穿甲有限元模拟与分析

研究具有不同力学特性的材料作为钨合金易碎动能穿甲弹的侵彻和破碎性能.在建立钨合金易碎动能穿甲弹有限元分析模型的基础上,运用大型动态非线性有限元分析软件MSC-Dytran模拟具有不同拉-压强度比的钨合金穿甲弹在穿透靶板时的侵彻和破碎过程.仿真结果表明,弹体的破碎及毁伤性能随其材料拉伸强度的降低而提高;弹体材料拉伸强度的提高有助于侵彻的进行.数值模拟和结果分析有助于为易碎钨合金动能穿甲弹的研制提供一定的理论参考依据.     

相似模拟法在脱壳穿甲弹威力靶设计中的应用

反导舰炮的目标是正面迎攻反舰导弹,射击毁伤效果取决于脱壳穿甲钨芯与导弹的相对速度。此相对速度比弹丸的初速高,利用静止靶进行试验,火炮无法达到此速度。该文提出在弹丸所能达到的速度范围内,进行相似模拟试验,介绍用物理法和因次量纳法建立脱壳穿甲弹穿甲过程的相似模拟准则,并利用相似模拟准则来控制与穿甲过程有关的物理量,得出壳穿甲弹的威力靶设计准则,应用于脱壳穿甲弹威力靶设计。     

AHEAD弹毁伤武装直升机所需平均命中弹数研究

为了研究AHEAD弹对目标的毁伤效能及毁伤目标所需的平均命中弹数,该文以某典型武装直升机为例,建立了目标的易损性及毁伤评估模型,得到了命中情况下AHEAD弹对武装直升机的单发毁伤概率及毁伤目标所需平均命中弹数。研究结果表明,毁伤目标所需平均命中弹数受弹丸速度、脱靶距离、弹丸俯仰角等因素影响。对于常见的AHEAD弹发射参数,弹丸速度越大,脱靶距离越小,毁伤目标所需平均命中弹数越大。AHEAD弹俯仰角为60°时,毁伤目标所需平均命中弹数最小; AHEAD弹速度为600 m/s、700 m/s和800 m/s时,所需平均命中弹数分别为4.597、4.018和3.59。     

颗粒入口条件对HVAF流场中颗粒轨迹的影响

运用计算流体力学对超音速空气火焰喷涂(HVAF)喷枪流场进行模拟,根据模拟结果选择恰当的送粉位置,并研究了入射角度(θ)、WC-10Co4Cr颗粒入射质量流量(M)、颗粒直径(D)、入射速度(v)对颗粒轨迹的影响。研究发现:送粉位置有两个选择点,即分别距离喷嘴5倍于喷嘴直径处和20倍于喷嘴直径处;入射角为30°~50°时颗粒飞行轨迹最佳,而入射角为10°和70°时均出现部分颗粒撞击壁面的情况;当质量流量为1g/s时,粒子在流场中的轨迹最佳;颗粒直径在50μm左右时粒子飞行的轨迹最好;当入射速度达到30m/s左右时,颗粒的飞行轨迹最佳;而入射速度超过35m/s后,会出现严重的颗粒相互撞击的现象。     

活性弹丸对混凝土靶的毁伤效应实验研究

设计并制备了由活性材料内核（PTFE/AL）、高强度钢外壳组成的活性弹丸,基于25 mm口径弹道炮发射平台进行了该弹丸对混凝土靶的毁伤效应实验.实验结果表明：在941~1 679 m/s着速下,活性弹丸撞击混凝土靶后均发生了剧烈爆燃反应.从混凝土成坑效应结果可以看出,活性弹丸毁伤效果比同规格惰性材料内核（PTFE）弹丸有大幅提高.活性弹丸依靠自身动能与强度侵入混凝土靶体,侵入过程中活性材料内核在靶体内部爆炸并释放大量化学能,这种“侵爆耦合效应”是造成混凝土靶高效毁伤的主控机制.     

动能弹低速垂直侵彻钢筋混凝土的试验研究

该文提出了一种大长径比动能侵彻体侵彻钢筋混凝土的模拟试验方法，通过侵彻速度为300m／s～400m／s的57mm动能侵彻弹对半无限厚钢筋混凝土靶的垂直侵彻试验，得到了最大侵彻深度、着靶姿态等试验参数。由侵彻钢筋混凝土的经验公式得到的最大侵彻深度数据与试验数据进行了对比，试验数据为反深层工事的毁伤机理和数字仿真研究提供依据，同时通过毁伤效应的试验研究，为找到一条高效毁伤典型深层工事的方法提供条件。     

不同着角下爆炸成形弹丸对坦克发动机等效靶的毁伤效应

针对坦克发动机在爆炸成形弹丸（EFP）作用下的毁伤效应问题,对典型坦克发动机及其防护结构进行了结构等效设计,开展了不同着角下EFP对发动机等效靶的侵彻实验,并结合LS-DYNA软件分析了不同着角下EFP对防护板（钢质）的侵彻作用,获得了发动机等效靶的破孔尺寸、毁伤面积以及EFP穿靶后的剩余动能.研究结果表明:随着角的增大,钢靶的破坏面积增大,对发动机结构（铝箱）毁伤效果呈现减弱趋势;实验结果与仿真结果基本一致,验证了仿真的有效性;EFP对钢靶最大破坏尺寸随着角增大呈上升趋势,EFP贯穿钢靶后的剩余动能随着角增大呈下降趋势;当着角α ≥ 57°时,爆炸成形弹丸不能穿透钢靶,无法对铝箱造成毁伤.      

活性破片能量输出特性实验研究

针对活性破片毁伤威力评估问题,提出了一种动态测量活性破片能量输出特性的方法,采用弹道发射的方式,实验测量了3种不同配方活性破片的能量输出特性.结果表明,活性破片在强碰撞载荷作用下会发生爆炸性反应并释放大量化学能,能量释放率与碰撞速度密切相关,当活性破片以约1500m/s的速度与目标碰撞时,所释放的化学能约为动能的5倍, 大幅提高了毁伤目标的能力.     

破片入射姿态对机体毁伤效果影响研究

破片的运动姿态会对飞机蒙皮的穿透效果及其穿透后的剩余速度产生不同影响。为分析其影响,首先进行靶板极限速度的穿透试验,由极限速度可划分速度计算区间作为典型状态条件。再利用LS-DYNA软件数值模拟破片在不同入射条件下,侵彻靶板时所造成的毁伤情况。数值模拟采用与试验相同的YL12铝合金作为靶板材质,破片近似为刚体,选取不同速度、不同入射角、不同角速度作为典型状态。统计仿真结果并进行分析,得出增加破片毁伤效果及提高其剩余速度的条件,其数据参数和结论可以为今后实验研究提供参考。     

攻角对长杆弹高速斜侵彻性能的影响

为了提高穿甲弹的侵彻性能,研究了攻角对杆式弹侵彻性能的影响规律。利用非线性动力学有限元分析软件,对长径比为21的钨芯长杆弹高速斜侵彻匀质钢板进行了一系列数值模拟,得到了侵蚀杆式弹侵彻半无限靶板时弹靶系统的变化过程。理论计算及数值模拟均表明,带攻角侵彻时弹道轨迹向有利于穿透靶板的一侧偏转。通过对剩余动能、侵彻深度、剩余速度、穿透时间各因素的分析,得出了对长径比为21的钨合金杆式弹穿深有利的攻角范围为-0.2°δ0°,给弹丸设计及发射过程中的参数优化提供理论依据。     

舱室在爆炸冲击载荷作用下的结构毁伤研究

为了研究舰船舱室在反舰导弹作用下的毁伤效果,模拟典型舱室进行数值仿真。分析了爆轰波和冲击波的破坏模式,研究了在爆炸冲击载荷作用下的舱室响应过程;同时结合材料失效原理,给出破坏准则。数值模拟结果表明:舱室是封闭空间,弹药爆炸产生的爆轰波和冲击波在舱壁面上多次反射;由于角隅部位汇聚冲击波而受到的超压作用要大于舱室壁面,所以破坏的部位首先出现在甲板中心到与围壁之间的角隅部位。舱室的主要破坏模式是沿着角隅部位开裂,最终舱室发生解体。通过模拟不同厚度的舱室结构可知,装药量一定时,舱壁越厚舱室抗爆能力越强。     

射击角对步枪弹侵彻玻璃靶后运动的影响规律

为研究射击角对步枪弹侵彻玻璃靶板影响的规律，对步枪弹侵彻玻璃靶板进行数值模拟，并通过与试验结果对比，数值方法可真实再现弹头在侵彻玻璃过程中的运动行为.结果表明，弹头速度总体变化趋势是逐渐减小，对符合实际使用情况下的速度变化可按射击角分为（0°，5°，10°）（15°，20°）（25°，30°）3个速度梯度，每个梯度内的速度变化基本一致，加速度变化阶段分为4个阶段，呈现双峰现象，对不同射击角下的靶后攻角和速度矢量偏角分析发现，弹头稳定性可按射击角分为（0°，20°）（25°，50°）（55°，80°）3个区间，分别对应稳定飞行、一定扰动飞行、失稳3个状态，而且剩余动能与初始动能比值基本是随着射击角增大线性减小，总体是呈负相关减小趋势.      

蚊子口针刺入皮肤的刺入力分析

 蚊子能够依靠一个大长径比的高弹性、高强度的天然“微针”——口针无痛地刺入人体皮肤并吸食血液,且刺入过程中从未发生过任何强度问题。本文设计1套高精度微力测量系统对蚊子口针刺入皮肤的刺入力进行在体测量。测量结果表明,蚊子口针刺破皮肤时的刺入力仅约16μN,而且蚊子在进一步的刺入皮肤过程中,口针作用力还将进一步减小并保持在一个极小的值(甚至接近零)附近上下波动,而采用同样实验方案测量的特制人造针头(尖端曲率半径仅约1μm)的刺入力可达165mN,且随着刺入深度的增加人造针头作用力还将继续增加。通过对蚊子口针的刺入机制分析,发现蚊子口针的微纳观结构及特殊的刺入方式是使其刺入皮肤超级省力的根本原因。该研究结果可为微针给药系统及微针的优化设计提供一定的帮助。     

涡流室式柴油机起动孔的作用机理

本文对涡流室式柴油机主副室温差进行了热力学分析;对燃油喷束与横向空气流的相互作用作了简化计算;并对定容压力室内喷束穿过不同结构起动孔时的扩展形态进行了高速摄影.上述研究证实在起动转速下,燃油穿过起动孔进入温度较高的主室,从而改善了涡流室式柴油机的起动性能.研究还发现,好的起动孔具有使燃油经历二次雾化的性能.     

限制导弹落角和落点的最优制导律

推导一种能命中目标并保证大落角的最优制导律,在目标函数中用罚函数代替终点限制条件,利用拉格朗日乘子法和欧拉方程推导出使目标函数极小化的条件,得出以导弹侧向位移,侧向速度两个状态以及导弹速度,剩余飞行时间表示的最公有制导律,并可转化为可用硬件实现的由目标视线角和目标视线角速度两个状态表示的最优制导律。     

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.      

反导子母弹最佳射角方向角和开舱时刻的确定

为了使子母弹抛撒开的子弹散布范围可以覆盖来袭导弹,在分析来袭导弹和子母弹弹道轨迹的基础上,以开舱后子弹群中心点的脱靶量为优化目标,以母弹的射角和方向角为设计变量,建立了无约束优化数学模型。在MATLAB中使用fminsearch无约束优化程序求优,得到了脱靶量取到极小值时母弹的最佳射角和最佳方向角,并根据当弹目距离达到一定数值时母弹开舱的原则计算了母弹开舱的时刻。还研究了优化模型在不同发射时机时的求解情况。计算结果表明,在子母弹的各项参数和来袭目标轨迹给定的情况下,应用优化的方法可解出母弹发射的最佳射角和方向角。随着发射时机越来越晚,最佳射角越来越大,而最佳方向角越来越小。     

自锻破片侵彻混凝土的数值模拟

为使串联战斗部中的聚能装药结构在短靶距内形成形状和侵彻能力较好的自锻破片(EFP),通过数值模拟的方法,研究了多级串联战斗部中自锻破片的形成及其对混凝土地下掩体的侵彻过程. 通过设计前级聚能装药结构,既保证了随进弹的装药量,又为随进弹的侵彻开辟了适当口径和深度的孔道. 总结了在计算过程中的几个关键步骤和处理方法;研究了药型罩的壁厚、锥角和聚能装药的起爆方式对EFP的影响. 研究结果表明:在二维轴对称的计算模型中,环形起爆方式有利于形成质量较好的EFP;聚能装药的壁厚越大,EFP的直径越大,侵彻深度越小;聚能装药的锥角越大,EFP的直径越大,速度越小.     

导弹射流对进气道性能的影响

超音速战斗机发射导弹时,导弹发动机排放的燃气的温度很高。这种高温气体吸入进气道,使进气道里的气流温度陡然上升,并使进气道出口流场不均匀,致使发动机进口环境条件恶化,由此造成发动机喘振,甚至停车。采用计算流体力学方法,应用标准k-ε湍流模型和动态网格技术,对某型飞机发射导弹时的流场进行了模拟。计算分析了导弹射流对进气道性能的影响。数值计算结果反应了随着导弹移动进气道流场的变化情况,对于设计导弹发射点位置及进气道结构有一定的意义。