火炮内膛涂油弹炮接触熔化热流体模型与分析

该文就火炮内膛涂油条件下,弹丸在膛内高速运动中的弹炮接触熔化进行了分析,建立了涂油条件下的弹炮接触熔化热流体模型,进行了数值计算,计算了弹带熔化速度和厚度及其对弹丸摩擦系数的影响,结果与实验值吻合较好.计算结果表明:在弹丸滑动速度到达一定数值后,首发涂油时的摩擦系数与无油时一致.但在此之前,即弹丸运动初期的一段距离上,摩擦阻力大于后续各发,这是造成首发炮弹初速偏大,射程偏远的一个因素.该文所得结果可应用于内弹道计算,从而为认识弹丸在膛内强制滑动下的接触摩擦及其弹丸运动中的阻力机制,弄清炮膛涂油对弹丸初速的影响提供了理论依据.     

弹丸连续挤进过程中身管坡膛受力和磨损分析

为研究弹炮匹配设计中弹丸连续挤进身管过程中坡膛结构的受力规律和摩擦磨损规律,建立了精细化的身管坡膛结构有限元网格模型. 在弹炮耦合热力学有限元模型基础上,综合考虑了火药燃气温度和压力、弹带与坡膛之间摩擦因数的影响,并结合Archard磨损模型,通过数值计算的方法,获得了连续射击环境下,身管坡膛结构的受力规律和由于摩擦导致的磨损量. 研究表明:所建立的精细化身管坡膛有限元模型在反映坡膛摩擦磨损方面具有一定的可信度,同时表明弹带的结构对坡膛受力规律及受力大小有重要影响;单发或者连续射击环境下,膛线起始部阳线过渡处受力和磨损较为严重.      

弹丸发射内弹道方程嵌入LS-DYNA数值模拟研究

为更好地分析弹丸发射内弹道过程,通过对LS-DYNA进行二次开发,将弹丸发射经典内弹道模型及火药气体状态方程引入有限元计算,并采用Lagrange方法对某弹丸发射内弹道全过程进行了数值仿真,成功模拟了火炮发射时火药燃烧推进弹丸运动的力学过程. 仿真结果表明：数值模拟获得的弹丸速度、弹后气体压力、弹丸过载曲线与经典内弹道计算结果一致性很好,同时数值模拟解决了经典内弹道无法获得弹丸具体受力情况和动态下的强度等问题.     

耦合内弹道过程的膛口流场数值模拟与分析

为提高武器精度,模拟弹丸射入膛内后的膛口流场,耦合内弹道过程分析弹丸射出炮口前的初始流场和射出后的流场变化.采用内弹道经典模型计算膛内弹后气体流场,建立二维轴对称气体动力学模型计算弹前气体及膛口流场,通过弹前阻力将二者同步耦合计算.计算过程采用非结构网格方法,同时考虑运动弹丸的影响,计算结果与实验流场相吻合.计算结果捕捉到弹丸出炮口后在膛口形成清晰的瓶状波系.分析得到弹丸出炮口后1.5 ms时刻炮膛内外的马赫数轴向分布;此时火药气体在膛外膨胀的最大马赫数可以达到6.32;火药经过激波后气体速度迅速下降到声速以下.由于激波的作用,在激波前后压强会产生阶跃.     

双级装药膛内二次发射原理探讨与分析

提出一种采用双级装药进行膛内二次发射以提高弹丸初速而不增大最大膛压的新技术,设计了双级装药弹的结构,为提高大口径身管武器的初速提供了一种新思路.提出了二次发射过程的物理模型,并以12.7 mm弹道枪为对象建立了膛内二次发射内弹道数学模型,分析了参数变化对膛压和初速的影响规律.计算结果表明:在身管长度增量相等的条件下,双级装药弹初速增加量是12.7 mm普通弹的2倍以上.     

基于弹塑性接触的柔性多体系统碰撞动力学

为了研究作大范围回转运动的柔性梁与固定刚性质量发生正碰撞的动力学问题,该文以柔性多体系统刚柔耦合动力学理论为基础,考虑非线性耦合变形项和碰撞力势能概念,利用假设模态法和Lagrange方程建立了含碰撞力的系统刚柔耦合动力学方程.该方程可以处理系统无碰撞和有碰撞的全局动力学问题.基于单轴压缩弹塑性接触模型将接触碰撞过程分为弹性加载、塑性加载和弹性卸载3个阶段,给出了描述碰撞过程的方法和接触判定条件.碰撞动力学仿真算例描述了碰撞过程中的碰撞力、变形、角位移等动力学特性.弹塑性接触模型与非线性弹簧阻尼模型的仿真结果对比发现,两种接触模型描述接触碰撞阶段和碰撞能量损失的方法不同,得到的碰撞力大小亦不同;弹塑性接触模型更接近实际情况,适用性较强.     

基于四组对比模型的线圈式电磁炮弹丸速度分析

电磁发射是一种利用脉冲电磁力作为驱动力的新式高速发射技术.它是一个有着电磁场、结构场、温度场等的强耦合过程,弹丸出口速度与系统若干因素都有关,有限元法是目前分析电磁发射物理过程的主要方法之一.本文主要阐述了线圈式电磁炮的工作原理,建立其有限元分析模型,并通过静止模型、位移模型、速度模型、完整运动模型分别对相同参数下的弹丸发射实例进行研究;探究了由位移导致的磁场衰减和弹丸运动产生的动生电动势分别对弹丸感应涡流、磁场分布、弹丸所受电磁力及弹丸运动速度的影响.结果表明:在低速运动状态下,磁场衰减对弹丸速度的影响较小,动生电动势为弹丸速度衰减的主要因素;在高速运动状态下,磁场衰减和动生电动势对弹丸运动的影响较大.通过对线圈式感应型电磁炮出口速度的影响因素探究,为今后对于电磁发射装置的优化设计提供理论分析支撑.     

机载导弹发射动力学建模与虚拟样机仿真

基于导弹在发射导轨上的运动特征,以"捕食者"机载导弹发射系统为物理原形,建立了发射动力学和运动学模型,并应用MSC.ADAMS软件建立导轨发射条件下弹-架系统动力学模型,进行了动力学仿真试验,研究结果表明,理论计算值和仿真结果相符,得到了发射过程中导弹的位置、速度和加速度随时间的变化关系以及导弹与载机分离时对载机位置、速度和加速度的影响规律.     

某埋头式弹丸动态冲击挤进特性的研究

为研究埋头式弹丸动态冲击挤进过程中弹带在坡膛处产生的高应变率塑性变形及断裂失效问题,考虑到埋头式弹药二次点火和火药程序燃烧的特殊性,将试验测得的弹底压力及弹丸一次上膛速度作为数值仿真模型的初始边界条件,建立了基于身管及埋头式弹丸结构特性、材料大变形和损伤效应等因素的三维有限元模型. 基于LS-DYNA软件,采用显式数值计算方法,对埋头式榴弹动态冲击挤进过程进行了研究,获得了弹丸冲击挤进阻力的变化规律,并分析了弹带表面刻槽的成形过程及应力应变特征. 结果表明:当埋头式榴弹的紫铜弹带冲击挤入坡膛时,经历了从弹性变形到塑性变形,并最终断裂失效的过程. 当弹带完全挤入身管全深膛线,整个动态冲击挤进过程结束,弹带表面形成了较深的刻槽,并与身管膛线紧密贴合,其间冲击挤进阻力呈现出强烈的非线性变化.      

膛内燃烧与力学环境物理仿真技术研究

该文研制了发射装药膛内燃烧与力学物理环境仿真装置及其测试系统。用“探棒”测试获得了径向不同位置火药气体压力，解决了药室内同截面不同径向压力测试问题，用光纤测试获得了火焰膛内的传播过程，用弹底压力传感器获得了弹底药床被点燃前药床所处力学环境。多次试验再现并测试获得了膛内燃烧与力学环境。为发射药床膛内燃烧与力学环境和发射装药发射安全性定量研究提供了新方法。     

多管火箭起始扰动控制研究

为解决火箭弹起始扰动对多管火箭射击精度具有重大影响的问题,该文采用通过控制定向管角运动来减小火箭弹起始扰动的方案提高多管火箭射击精度。应用受控多体系统传递矩阵法和发射动力学理论,建立了受控多管火箭发射控制动力学模型,数值仿真获得多管火箭定向管角运动对起始扰动的影响规律及多管火箭定向管角运动的控制规律。该文控制火箭弹起始扰动的方法为提高射击精度提供了手段。     

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。     

基于有限元的某型坦克炮身管模态分析

现代坦克炮往往通过增大膛压和加长身管来提高弹丸的初速和火炮的威力,但这些措施也使得坦克炮身管动力学性态发生变化,使其射击密集度超出可控的范围。因此,掌握坦克炮身管的振动特性并使其固有振动频率合理分布是坦克炮发射动力学研究的重要内容之一。本文在分析坦克炮身管振动对射击密集度的影响的基础上,建立了某型坦克炮身管的有限元分析模型,通过仿真计算得到了振动模态参数,验证了身管设计的合理性,为坦克炮身管的动力响应分析和进一步的结构优化设计提供理论参考依据。     

基于离散单元法的发射装药挤压破碎动力学仿真

为了探寻发射装药低温下挤压破碎机理,研究发射装药挤压破碎对发射安全性的影响,本文利用离散单元法模拟了发射装药动态挤压破碎过程.将发射药粒离散成弹簧-球单元系统,建立了发射药床挤压破碎动力学模型,仿真了发射药床在动态冲击载荷下的挤压破碎动力学过程.采用统计的方法定量地获得了破碎后发射药床的表面积,其结果与试验较为接近,验证了本文理论与模型的正确性.研究结果为进一步研究发射装药低温下挤压破碎对发射安全性的影响奠定了基础.     

多管火箭炮系统发射动力学仿真研究

给出了多管火箭炮系统在发射过程中动力学仿真，包括建立模型；运用轮胎和地面的接触铰约束，体现了地面对轮胎的单面约束作用；利用碰撞模型，对火箭弹在定向器管内的运动受力情况进行仿真计算，获取了该车载多管火箭炮系统发射时运动构件的运动特征和受载情况。     

灰色系统理论在火炮内弹道性能变化量中的应用

为了研究火炮内膛质量状况与内弹道性能改变量之间的不确定相关性,提出采用灰色系统理论进行分析的方法,并建立了GM（1,N）计算模型,通过利用该模型对某大口径加农炮进行计算,结果表明：弹丸膛口速度计算值与实测值的相对差小于0.3 %,膛压的相对差小于2 %.     

高速脱壳穿甲弹三维图象的识别与处理

该文提出了一种新的高速脱壳穿甲弹三维图象的识别与处理方法，通过对ＩＢ－１２中间弹道靶道拍摄的照片进行处理，获得了脱壳过程的三维立体图形。它实现了从不同位置、不同角度来观察、分析和研究弹托的分离过程和干扰因素；实现了用计算机模拟高速脱壳穿甲弹的飞行姿态和脱壳全过程；解决了目前数值模拟技术尚未能解决的问题。该方法形象、直观，能全面、动态、连续地重现高速脱壳穿甲弹的空间飞行姿态及脱壳全过程。     

自动炮支架作用原理分析

针对在小口径自动炮上使用的支架，将火炮身管和支架简化为空间多段有限元弹性梁单元，引入形函数矩阵描述梁单元的挠度，采用拉格朗日方程建立了考虑支架与身管耦合的有限元动力学模型。在有限元模型的基础上建立了数值计算程序并利用该模型分析和讨论了支架的作用原理，分析结果表明采用设计合适的支架将有助于提高小口径自动炮的射击精度。     

车载火炮炮口扰动影响因素分析

研究火炮发射时的多柔体系统动力学模型可以分析炮口扰动的主要影响因素，为减小炮口扰动以及提高火炮射击精度提供技术途径。建立了某车载炮发射过程的虚拟样机模型，考虑了身管的变形，滑板与身管刚性连接，利用接触副模拟滑板与摇架的碰撞，通过数值计算获得了动力偶臂、导轨间隙、炮口制退器质量以及身管支撑位置对炮口扰动的影响情况，为该类武器的总体设计和结构设计提供了技术支持。     

刚柔耦合系统的几何非线性运动稳定性

针对由中心刚体与柔性附件所组成的平面型刚柔耦合系统,不仅研究柔性附件的横向弯曲变形对系统动态特性的影响,同时考虑柔性附件的拉伸变形、截面转角变化与弯曲变形的相互耦合作用,并且以非线性几何关系作为基本出发点,建立了柔性变形、姿态运动之间的非线性耦合动力学模型。基于上述非线性模型,利用能量积分构造Lyapunov函数,分别以中心刚体不转动和中心刚体匀速转动为无扰运动,证明了非线性系统关于姿态角速度、挠性变形位移和应变等扰动变量的稳定性。