增雨弹弹体结构发射强度有限元分析

采用弹底、弹头部双引信结构的增雨弹与以往单独使用头部引信的增雨弹相比,在发射过程中更容易发生弹底引信变形过大,致使结构破坏失效,甚至发生炸膛的严重事故。因此,要保证其整个使用过程的安全性、可靠性,必须在设计之初要对其发射强度做大量的计算和实验研究、针对这一问题,本文通过数值模拟的方法,对增雨弹的发射强度进行有限元分析,得出与弹丸发射强度理论相符的结果,并给出弹体结构改进意见。     

侵彻弹弹头形状设计中摩擦力的作用

侵彻弹弹头形状设计中，摩擦力是一个不容忽视的因素。数值计算结果表明，为达到最大的侵彻深度，基于摩擦力影响设计的弹头形状将异于普通的卵形；弹丸着速较低时，摩擦力的存在使得弹头形状锐化，而且摩擦系数越大，弹头形状越接近于锥形；弹丸着速较高时，摩擦力的影响相对减小，计算的弹头形状与无摩擦情况下设计的弹头形状相近。该理论为侵彻战斗部设计提供了重要依据。     

TC4钛合金平板高速撞击损伤及弹道极限特性

为研究高速撞击下TC4钛合金平板的损伤行为和弹道极限特性,首先利用空气炮和LS-DYNA软件对直径25.4 mm钢弹高速正撞击3 mm厚TC4钛合金平板的过程进行了实验和仿真分析研究,得到TC4钛合金平板的损伤结果和弹道极限速度;并基于实验结果验证了有限元模型的准确性。然后利用有限元方法进一步分析了平板厚度、撞击角度和弹头形状对TC4钛合金平板撞击损伤及弹道极限特性的影响。研究结果表明:平板厚度越大,弹丸撞击角度越小,平板的弹道极限速度越大;而弹丸直径相同时,弹头形状对薄板的弹道极限速度有一定影响;此外,平板厚度、撞击角度及弹头形状对平板的撞击损伤形式有较大影响。     

不同引信头部外形参数对弹丸气动力的影响

为提高弹丸射击质量,采用LU隐式差分格式求解三维Navier-Stokes方程,对后体形状完全相同,具有不同引信头部外形参数的两种弹丸进行了数值模拟,得到了两者在马赫数0.7～3.0下的诸气动力参数和气动力特性的差异,并分析了产生的原因.计算结果表明:在弹丸设计过程中,应充分考虑引信结构、外形对弹丸气动力特性的影响,避免采用具有拐点的母线形状.     

高旋弹二维修正引信双旋结构气动特性及气动力表征

针对配二维弹道修正引信高旋弹具有弹体气动参数非对称、纵向和横向修正紧密耦合等问题,为了准确表征高旋弹气动参数、明确修正弹丸气动特性和产生机理,提出了基于CFD (computational fluid dynamics)仿真的双旋结构气动力计算分析方法.在构建双滚转域流场仿真模型的基础上,对比了二维修正引信不同控制状态下的弹丸受力情况;明确了高旋弹固有气动力和二维修正引信所引起的气动力;建立并推导了攻角与滚转角耦合情况下的舵片受力模型.研究表明：针对二维修正组件,需要考虑合攻角与舵滚转角的相对位置关系以计算诱导阻力;受迎背风和舵片绕流影响,舵片受力模型和弹体的横、纵向气动力均随攻角、滚转角及马赫数变化.     

步枪弹侵彻明胶的空间弹道模型和实验研究

为研究刚性步枪弹侵彻人体组织的致伤机理,以弹道明胶作为人体组织的替代物,通过在速度坐标系中分析弹头所受阻力、升力和转动力矩关于攻角和速度的定量关系,建立了步枪弹侵彻明胶的空间弹道模型.利用镜面反射系统开展了7.62 mm步枪弹和5.80 mm步枪弹侵彻明胶的实验研究,并通过直接线性变换法获得了两种步枪弹侵彻明胶的水平位移、竖直位移、侧向位移、俯仰角和偏航角.分析研究表明:弹头侵彻明胶的平动和转动均是空间运动;弹道模型能较好地模拟实验步枪弹侵彻明胶的空间运动规律;随弹头质量和赤道转动惯量的增加,弹头的能量消耗增加;极转动惯量对弹头的能量消耗过程几乎没有影响.      

次口径非对称鸭舵对弹道修正弹气动特性的影响

为研究次口径非对称鸭式布局的弹道修正弹气动特性,基于网格装配的方法建立了修正弹气动力计算模型,并通过风洞试验对超音速条件下的计算结果进行验证,从鸭舵绕流、升阻系数和滚转力矩方面分析鸭舵对修正弹气动参数的影响. 研究结果表明,次口径非对称鸭舵使修正弹相比传统弹丸阻力系数增加达14%,但操纵舵引起的升力使弹丸的射程衰减率降至10%. 鸭舵安装角对修正弹升力影响效果大于阻力. 通过工程简化模型将升力分解为操纵舵提供的升力和由于鸭舵的存在使弹体产生的升力两部分,拟合出鸭舵对弹体升力的干扰因子.      

弹头形状对侵彻中装药动态损伤影响的数值模拟

侵彻过程中,弹体头部形状会对内部装药的力学性能产生较大影响.本文基于内聚力裂纹模型,利用有限元软件LS-DYNA进行了缩比弹侵彻混凝土的数值模拟,计算得到了PBX装药的损伤演化过程.通过单元裂纹宽度和裂纹含量分析了尖卵形弹头曲径比对装药动态损伤的影响.结果表明,尖卵形弹弹头形状的变化对装药动态损伤影响较大,控制弹头曲径比有利于减小装药损伤.     

马赫数4到6时弹丸外形对尾翼式脱壳穿甲弹气动力特性的影响

本文分析了弹体和尾翼诸外形参数对阻力和静稳定性的影响。指出,在所讨论的飞行速度范围内,采用割线式抛物形头部、具有船尾的尾部形状和大后掠角、小展弦比、薄尾翼厚度的尾翼,以及在具有足够尾翼面积条件下,能获得较小的阻力,并能使弹丸在大气飞行中保持稳定。     

一维弹道修正弹气动布局与修正能力研究

为提高炮弹密集度,对采用阻力环装置的一维弹道修正弹进行了研究.基于牛顿流理论建立了一维弹道修正弹阻力环结构的附加阻力系数工程算法,通过数值分析和风洞实验研究了不同阻力环结构的气动力特性,对阻力环在弹道上不同位置的作用对弹道修正能力的影响进行了数值计算和炮射试验研究.结果表明:气动力和修正弹道的计算值和实验值基本一致,该文分析的阻力环气动布局结构对一维弹道修正弹设计有借鉴作用,研究提出的阻力环气动力算法和修正弹道算法可以作为该弹弹道设计的工具.研究结果为一维弹道修正弹的弹道设计提供了依据.     

小口径弹丸头锥三自由度偏转气动特性分析

为研究小口径弹丸的二维弹道修正能力,进行了头锥三自由度偏转时弹丸整体的气动特性分析。建立弹丸的弹轴坐标系和弹头坐标系,确定2个坐标系的相对欧拉角为偏角和转角。通过控制不同的偏角和转角,运用计算流体力学软件Fluent仿真分析弹丸头锥在不同空间位置的气动特性。在5°攻角和弹丸头锥的不同偏转情况下,采用数据拟合方法得到弹丸的俯仰力矩系数、偏航力矩系数随弹丸头锥偏角和转角变化的数学模型。仿真结果表明,在头锥不偏转的情况下弹丸具有较好的稳定性,静稳定储备量为13.54%。     

从弹丸自由飞行数据换算气动力系数的优化计算方法

本文采用线性气动力模型,根据弹丸的运动规律,按我国外弹道体系,对弹丸自由飞行数据的拟合方法进行了详细的讨论,并提出尾翼弹、旋转弹纸靶测试数据的优化处理方法。经用FORTRAN77语言设计计算机程序并经模拟计算和实例计算验证,效果良好,具有实用性。     

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.     

高速模拟钢质弹丸侵彻多层靶仿真

利用显式动力有限元程序对用37火炮发射的着靶速1300m／s左右钢弹侵彻大间隔多层A3薄钢靶板的过程进行了数值模拟，分析了弹速、弹重、弹形等影响因素对侵彻过程的作用规律，计算结果和实验结果得到了较好的吻合。研究表明，弹丸的比动能是衡量弹丸侵彻能力的重要参数，在一定的弹丸速度范围内，当弹靶材料和靶板结构固定时，弹丸的侵彻能力是由弹丸的比动能所决定的。     

高速旋转弹丸弹道修正原理分析及仿真

解决由于高速旋转弹丸的旋转特性导致难以采用常规方案对其进行弹道修正的技术难点.提出基于压电陶瓷智能材料的弹道修正原理技术方案,依据弹头可能动作的思路,设计弹头修正机构,通过探知弹头旋转频率,以此调整压电陶瓷杆的加电模式,利用压电陶瓷的逆压电效应,从而调整相应陶瓷杆的伸缩动作,保证在旋转条件下弹头可以向固定方向偏转,解决了修正旋转弹丸的难题.详细阐述了修正弹丸的系统组成和工作原理,同时建立了修正弹丸理想条件下的外弹道数学模型,并通过仿真计算得到一定条件下修正弹丸的弹道曲线和详细修正数据,仿真结果验证了该方案的有效性和可行性.     

土中弹道的试验与数值模拟研究

弹丸在侵彻自然土壤过程中很容易产生弹道失稳现象,对弹丸的侵彻与毁伤目的造成很大的影响,因此,分析弹丸侵彻自然土壤的弹道特性是十分重要的。本文通过56式枪弹和125mm弹侵彻自然土壤的试验,得到了弹丸侵彻土壤的弹道轨迹图像,并对其进行了分析研究。其中发现弹丸侵彻自然土壤时,会迅速失去姿态稳定,在土壤中产生较大空腔,并增加与土壤的接触面积,增大阻力,使弹丸速度迅速降低,影响弹丸的侵彻深度。同时,根据试验条件,利用LS-DYNA建立了计算仿真模型,获得了弹丸在侵彻过程中的姿态和运动特征。计算获得的弹丸姿态与弹道特征与试验图像比较吻合,对弹丸的速度、位移和负加速度做了分析研究,表明数值计算结果具有较高的可靠性,可以为弹丸侵彻土壤研究提供参考。     

弹丸侵彻钢板夹层钢纤维混凝土遮弹板数值模拟

为研究钢板夹层钢纤维混凝土遮弹板抗侵彻性能,利用ANSYS/LS-DYNA3D有限元计算软件,数值模拟了高速弹丸撞击钢板夹层钢纤维混凝土遮弹板的过程,得到了弹丸侵彻靶板的速度、加速度变化曲线。通过分析不同弹速产生的弹丸速度及加速度的变化,得出不同初速条件下弹丸速度与时间的关系和加速度变化规律。该研究为组合遮弹板结构抗侵彻性能提供了理论依据,解决了过程计算的繁琐问题。     

弹丸侵彻自然土弹道的试验研究与数值模拟

弹丸在侵彻自然土壤过程中很容易产生弹道失稳现象,对弹丸的侵彻与毁伤目的造成很大的影响,因此,分析弹丸侵彻自然土壤的弹道特性是十分重要的。通过56式枪弹和125 mm弹侵彻自然土壤的试验,得到弹丸侵彻土壤的弹道轨迹图像,并对其进行分析研究。结果发现弹丸侵彻自然土壤时,会迅速失去姿态稳定,在土壤中产生较大空腔,并增加与土壤的接触面积,增大阻力,使弹丸速度迅速降低,影响弹丸的侵彻深度。同时,根据试验条件,利用LS-DYNA建立了计算仿真模型,获得了弹丸在侵彻过程中的姿态和运动特征。计算获得的弹丸姿态与弹道特征与试验图像比较吻合,对弹丸的速度、位移和负加速度做了分析研究,表明数值计算结果具有较高的可靠性,可以为弹丸侵彻土壤研究提供参考。     

大口径机枪双头弹空气阻力系数的实验研究

介绍了大口径机枪双头弹空气阻力系数的 2种实验方法和实验结果。采用模型风洞测试和实弹射击的方法获得了大口径机枪双头弹弹头飞行的空气阻力系数 ,对 2种方法所得的阻力系数进行了比较分析。分析结果表明 ,2种方法所得结果基本接近 ,双头弹前弹头所测得的阻力系数跟风洞测试攻角为 0°时的测试结果接近 ,后弹头的阻力系数与风洞测试攻角为 4°时的结果相近 ,说明前弹头对后弹头具有一定的空气干扰 ,实弹射击更能体现各种综合因素对弹头飞行的影响     

防暴动能弹弹丸设计原则

针对防暴动能弹的使用环境和要求,分析比较了防暴动能弹弹丸与常规普通弹丸在材料、初速、弹形、外弹道特性等方面的不同,以及作用于目标时弹丸作用效果的差异,提出了防暴动能弹弹丸设计过程中应遵循的几项原则。