斜抛运动最大射程问题分析

本文着眼于讨论物体从一定高度被抛出后,其水平方向的最大射程与抛射角之间的关系,讨论了斜抛运动达到最大射程应满足的条件,并通过理论公式的证明和实际数据的测量,指出45°不再是能够得到最大射程的角度。本文通过具体计算了实际铅球抛出的最大射程和抛射角,并且随机取数进行了实验,从而得出了二者之间的关系,为斜抛运动的实际应用提供了力学理论依据。     

铅球理想抛射角的简易推导与计算

从斜抛物体轨道方程出发，用二次方程求根公式和三角学等初等数学的简易方法，推导铅球理想抛射角的关系式。计算理想抛射角和最大投掷距离之间的最佳对应数值。     

阻力系数和物体质量对斜抛运动影响的数值分析

用Matlab从阻力系数和物体质量对斜抛运动的轨迹和最大射程抛射角影响方面进行数值研究和分析.     

铅球理想拋射角的简易推导与计算

从斜抛物体轨道方程出发,用二次方程求根公式和三角学等初等数学的简易方法,推导铅球理想抛射角的关系式。计算理想抛射角和最大投掷距离之间的最佳对应数值。     

考虑空气阻力抛体在斜边上的射程和最佳抛射角

考虑空气阻力对抛体运动的影响,应用近似方法推导了斜边上抛体的最佳抛射角和射程的计算公式,并用Maple软件求解,对其结果进行了分析和讨论.     

抛射体投射角和落地角互为余角的条件

阐述了抛射体的投射角和落地角与水平射程的关系，无论投射点与落地点在同一水平高度上，还是投射点高于落地点或是在射点低于落地点。只有当抛射体的水平射程为最大时，其投射用与落地角互为余角，这种互为余角的关系才会成立。     

投掷与跳跃运动中最佳抛射角与速度的辨证关系

借助国内外有关资料,分析讨论了投掷与跳跃运动中的最佳抛射角与速度的关系.结果显示,在最大速度下形成的最佳抛射角度是取得理想成绩的关键.     

高压空气抛射角反射器过程内弹道研究

充气式角反射器是舰船重要的雷达干扰和诱饵器材,将其从舰船上快速抛出是应用中至关重要的一步。该文搭建了充气式角反射器高压空气抛射试验平台,测试了角反射器的抛射效果,并建立了气瓶中高压空气喷射过程与抛射筒内角反射器运动过程的联合数学模型。利用测试结果验证了模型的合理性,分析了各相关因素对抛射过程内弹道的影响。结果表明,在计算范围内,增大气瓶体积、填充压力和气瓶出口直径会缩短抛射时间,提高抛射出口速度;适当增加抛射筒的初始自由容积对抛射过程有利;摩擦系数和预紧力变化对内弹道影响不明显;角反射器质量增加会明显提高后坐力,但对抛射时间和出口速度影响较小。     

不同参考系下斜抛运动的最大射程

探讨了运动小车上斜抛运动在不同参考系下的最大射程。结论是在小车坐标系下与大地坐标系下的最大射程是不同的。小车坐标系下抛角为45°时射程最大;在车上抛角大于45°时,大地坐标下的射程才有可能最大,小车速度越大,需要在车上的抛角就越大。这些讨论可以进一步促使学生注意物理结论的隐含条件,加强对运动的相对性的理解。     

鸣沙沙粒振动频率自锁机制

研究在30°安息角的沙坡面上, 单一粒径球形沙粒的运动状态。假设沙粒无滑动且碰撞时角动量守恒, 则扰动沙粒经过不超过5 次的滚动、抛射、再滚动后,即进入与初条件无关的周期性运动, 其频率为0.39 g/D , 与鸣沙流的梯度相近, 临界抛射角稳定在 51.2°, 抛射过程沙粒自旋角速度为 16 r/min。自保持的周期性决定了沙粒的整体协同运动, 是鸣沙发声及频率自锁的根本原因。     

高速射弹小角度入水弹道特性研究

研究高速射弹小角度入水过程中的空化现象和弹体运动规律.计算采用VOF多相流模型捕捉空泡界面,采用Schnerr and Sauer空化模型模拟空化现象,弹体运动通过6自由度方程与重叠网格技术进行求解.计算分析了弹体小角度入水过程中的弹道特性、空泡的演化规律及射弹的流体动力特性,初步探索了高速射弹的小角度入水时产生的弹跳现象.研究表明:此高速运动的旋转射弹在小角度入水时,弹体轨迹和姿态容易发生很大的变化,空泡形态不对称,弹体大面积沾湿导致弹体受到很大的流体动力和力矩,弹体运动失稳产生弹跳翻转现象.分析表明,弹体小角度入水容易沾湿,沾湿对流体动力及其运动姿态有着极大的影响,弹体的不对称沾湿是超空泡射弹失稳的重要原因.      

入水角度对高速射弹入水过程的影响

研究入水角度对高速射弹入水过程的空泡形态、弹道特性及流体动力特性的变化规律,计算中使用VOF(volume of fluid)多相流模型,Schnerr and Sauer空化模型,同时结合重叠网格和6DOF(degrees of freedom)技术对射弹的入水过程开展数值模拟.结果表明:射弹两侧空泡形态不对称,与左侧空泡相比,右侧空泡尺寸较大;射弹入水以后,入水角越小,射弹质心处的速度越大;入水角为45°时,俯仰角、偏航角、滚转角的波动范围更小;射弹在撞击水面时,阻力和升力岀现了一个峰值,但侧向力没有岀现峰值,而是一段微小的波动;入水角度对射弹流动稳定阶段的滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩影响非常小.     

尾裙对弹体斜侵彻混凝土薄靶弹道的影响规律研究

为研究尾裙设计在弹体斜侵彻混凝土薄靶后的姿态影响,采用LS-DYNA软件,模拟了不同半锥角尾裙弹以不同初始倾角贯穿混凝土薄靶的过程,分析了侵彻过程中各阶段弹体姿态变化特征,得到了弹体过靶后倾角、攻角和角速度变化规律. 结果表明,尾裙的设计有助于减小弹体的攻角和角速度,有利于保持弹体斜侵彻混凝土薄靶时的弹道稳定.      

弹丸角运动物理仿真高速陀螺模拟装置

该文利用三自由度高速陀螺模拟装置来模拟弹丸的角运动,开发了基于虚拟仪器技术的测控系统,建立了弹丸角运动仿真系统,能够同时对高速陀螺模拟装置3个转轴转速进行实时测量和控制,自转角速度最高可达24000r／min,实现了对弹丸角运动的实时物理仿真,为再现弹载机构运动规律,研究弹道环境对弹载机构的受力和运动规律的影响提供了重要的实验手段,并已在多种引信系统设计和故障分析中得到了成功应用。     

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.      

非圆截面结构抛撒稳定性数值模拟

为分析初始速度、初始偏转角与质心位置对非圆截面结构抛撒稳定性的影响,利用Fluent程序,对结构在抛撒过程中的质心轨迹与旋转角进行了数值研究. 结果表明:质心径向的最终旋转角随初始抛撒速度的增加呈负指数衰减;在不同结构攻角条件下,质心径向和轴向旋转角均随着初始轴向偏转角的增加而减小,且质心径向偏转角降低速率相对较慢;结构攻角的增加在加剧径向偏转量的同时,削减了轴向偏转量;结构初始攻角与径向的偏转对质心轴向旋转影响不明显.     

基于接触理论的弹体偏航机理

为了从本质上揭示弹体偏航作用机理,在已有弹塑性接触模型的基础上,运用接触理论和撞击理论,推导了接触刚度和恢复系数,建立了弹体与异形体弹塑性碰撞的宏观本构关系。进一步导出了弹体与异形体碰撞的攻角和角速度表达式,计算分析了弹头与异形体曲率半径比、弹体命中速度及入射角等因素对弹体攻角和角速度的影响规律。结果表明,异形体曲率半径越大,弹体攻角和角速度越大;弹体攻角随速度增大而减小,而角速度随速度增大而增大。     

卵形弹体斜侵彻双层大间隔921A钢板数值模拟研究

运用显式动力学有限元软件LS-DYNA,对卵形弹体斜侵彻双层大间隔921A钢板的问题进行了数值模拟研究,分析了初始速度和初始倾角的影响. 研究结果表明:倾斜穿甲过程中弹体受到不对称载荷的作用,直接导致弹体结构响应不对称及弹道偏转,靶板间隔的存在加剧了弹体的转动. 初始速度的提高易造成弹体头部远靶板侧卵形弧段变形破坏;初始倾角的增大则会使弹体头部近靶板侧卵形弧段和尾部变形破坏. 弹道偏转规律则较为复杂:初始倾角一定,速度较低时,倾角变化幅度较大,弹体质心运动轨迹偏转较大;速度较高时,尤其是弹体结构发生破坏后,弹体姿态角剧烈变化. 初始速度一定,随着初始倾角的增大,弹体穿甲过程中的倾角和姿态角变化幅度都变大,容易发生跳弹.     

一种滑翔增程弹非线性模型预测控制方法

为实现对某滑翔增程弹滑翔弹道的跟踪控制,以达到增程的目的,采用具有解析形式控制律的非线性模型预测控制方法设计其控制系统。将滑翔增程炮弹控制系统分为质心控制和姿态控制2个回路设计,通过质心控制回路将方案质心位置指令转换成弹道倾角和弹道偏角指令;再由姿态控制回路转换成升降舵偏角和方向舵偏角指令;倾斜稳定控制器将滚转角指令转换成副翼偏角指令。以某滑翔增程弹为例进行仿真计算,结果表明,该控制器具有很好的控制效果,能够克服干扰因素的影响,实现滑翔增程的目的。     

弹体斜侵彻多层间隔混凝土靶实验和数值模拟

为研究弹体侵彻多层间隔靶的弹道稳定性问题,设计了钢筋混凝土多层间隔靶,开展了弹体斜侵彻实验,通过高速摄影运动分析系统,得到了弹体侵彻多层靶过程的弹道变化参数.采用LS-DYNA软件,再现了弹体侵彻多层靶实验过程,得到的弹道变化参数与实验结果吻合较好,验证了本构模型的可靠性.同时,数值模拟研究了不同半锥角对尾裙弹体侵彻多层靶稳定性的影响规律,得到了弹道稳定的尾裙弹体最优半锥角.