加筋靶板抗穿透特性的实验研究

针对几种结构形式不同的加筋靶板受球头及截卵两种弹头形式的高速动能弹丸穿透时的冲击特性,开展一系列的实验研究。根据实验结果,讨论靶板变形破损模式、弹丸速度及姿态的变化规律等。在此基础上,总结针对钝头弹丸,预测加筋靶板极限穿透速度的经验公式,以指导结构抗穿透防护设计。     

弹丸空气阻力定律全定义域解析函数经验公式

为找出1943年弹丸空气阻力定律、航弹阻力定律在全定义域内的有理解析函数经验公式,从而便于通过计算机编程进行外弹道数值解算和求解析解,运用1stOpt数学软件对1943年弹丸空气阻力定律和航弹阻力定律在其全定义域内进行了曲线拟合,对应各阻力定律得到了通用于全定义域的有理解析函数经验公式.这些经验公式均不再分段.其中拟合1943年弹丸空气阻力定律的经验公式最大相对误差为3.271%,拟合高阻和低阻航弹阻力定律的分别为1.914%和3.328%.     

弹丸空气阻力定律全定义域解析函数经验公式

为找出1943年弹丸空气阻力定律、航弹阻力定律在全定义域内的有理解析函数经验公式,从而便于通过计算机编程进行外弹道数值解算和求解析解,运用1 stOpt数学软件对1943年弹丸空气阻力定律和航弹阻力定律在其全定义域内进行了曲线拟合,对应各阻力定律得到了通用于全定义域的有理解析函数经验公式.这些经验公式均不再分段.其中拟合1943年弹丸空气阻力定律的经验公式最大相对误差为3.271％,拟合高阻和低阻航弹阻力定律的分别为1.914％和3.328％.     

引信设计用火炮内弹道曲线的Logistic经验公式

为了便于炮弹引信后坐运动机构的分析和计算,能使引信工作者只根据身管长度和炮口速度等少量参数就能获得弹丸膛内加速度近似曲线,运用Logistic函数拟合火炮内弹道的位移-时间曲线和速度-时间曲线,再对拟合得到的速度-时间曲线求导便得到了弹丸膛内加速度近似曲线.对76种制式火炮弹药内弹道曲线拟合结果进行分析和处理,得到具有普适意义的引信设计用火炮内弹道曲线的Logistic拟合经验公式.Logistic经验公式所拟合的弹丸膛内加速度曲线虽不如传统的余弦简化法和直线简化法拟合精度高,但为连续函数,形式简单,所需参数也少,便于在引信设计计算中应用.     

空心弹空气阻力特性计算与数值仿真

应用Fluent软件仿真空心弹典型设计方案简化模型的空气动力流场,得到了其阻力系数与马赫数的关系,运用Matlab软件数值求解空心弹外弹道质心运动微分方程组,得到了弹道顶点和落点诸元。将以上所得阻力系数和弹道诸元与公式计算结果进行对比表明：在来流马赫数为2.0~4.4时,无弹带结构的简化空心弹模型用两种方法所得外弹道诸元结果相差很小;弹丸头部前缘厚度在可信区间内对阻力系数影响较小,但弹带结构对阻力系数的影响较大;工程设计时,受弹带结构影响,某空心弹简化模型阻力系数计算公式不太适合于工程问题求解,此时应以数值仿真为佳。     

弹丸正侵彻有限厚混凝土靶过程引信前冲过载经验公式

为了给侵彻爆破弹引信自调延期机构设计提供参考,解决目前设计过程缺少经验公式计算的现状,提出了弹丸正侵彻有限厚混凝土靶过程最大前冲过载经验公式。采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件数值模拟了125mm口径侵彻爆破弹正侵彻有限厚C35混凝土靶过程,分析了弹底引信前冲加速度变化规律,借鉴弹丸冲塞侵彻钢靶的分析方法,根据不同侵彻工况下的仿真数据,拟合得到了弹丸正侵彻有限厚C35混凝土靶过程最大前冲过载经验公式,分析表明该经验公式初步可行。     

弹丸空气阻力定律超音速段有理式经验公式

为了给低伸弹道方程近似解析解提供基础,应用Matlab软件对描述弹丸空气阻力特性的1943年阻力定律和西亚切阻力定律超音速段进行了有理式函数数值拟合,得到了具有较高精度的经验公式。应用这类经验公式,不但可以用于外弹道数值求解时表值阻力定律的编程处理,而且有助于获取低伸弹道方程的近似解析解。     

铜柱测压动静差分析及修正公式探讨

介绍了铜柱测压系统产生动静差的原因及φ3.5×8.75铜柱动静差的变化规律.根据这一特定的物理现象,采用量纲分析方法简化变量,用正交表进行试验设计,并获得了这一物理过程的无量纲组合量的一般结构形式.借助于实验数据得到了动静差修正经验公式.经实验验证,该修正公式的有效性较好.     

飞航导弹谐振区电磁散射特性的精确预估

利用数值方法研究导弹武器系统的电磁散射问题，相比各种高频方法，应用矩量法可以获得精确的数值结果．建立了一种幂级数形式的混合域基函数矩量法的通用公式，该混合基函数基于四边形剖分模型，对三维矢量有效地实现了降维处理，应用于谐振区飞航导弹的散射特性仿真中，算出了两种极化方式下导弹的散射特性，数值结果得到了文献测量值的检验．     

某型弹丸侵彻深度的影响因素

弹丸的侵彻深度直接影响到爆轰角的大小和破片的毁伤效果。在经验公式的基础上,通过推导侵彻深度的数学表达式,研究该型弹丸侵彻深度的主要影响因素,并以某型弹丸为应用实例进行参数化分析,运用MATLAB数值计算软件得到相应的曲线关系图。数值分析弹丸侵彻深度的影响因素,可为控制弹丸起爆位置和弹药设计提供依据和参考,有利于提高弹片的毁伤效率。     

空气动力非对称弹丸大攻角旋转共振运动研究及应用

弹丸旋转时,空气动力非对称会对弹丸的角运动产生周期性的强迫干扰,在一定条件下,可以形成弹丸纵轴相对于速度矢量成一定角度的旋转运动,这种旋转运动可用于实现无伞末敏弹的稳态扫描。在考虑弹丸所受非对称空气动力与其他力和力矩的前提下,建立了弹丸的运动微分方程,推导出了复数形式的攻角方程。以攻角方程为基础,探讨了弹丸形成稳定旋转共振状态的条件。针对某空气动力非对称弹丸进行了仿真计算,结果表明：空气动力非对称弹丸在一定条件下可以形成旋转共振运动,为无伞末敏弹的气动设计提供了理论参考。     

柱形93钨弹体超高速撞击薄钢板穿孔及破片群扩展特征

为进一步研究柱形弹体超高速撞击靶板的破片群扩展、弹体侵蚀等问题,开展柱形93钨 弹体超高速撞击薄钢板实验研究。通过量纲分析方法给出柱形弹体穿靶的穿孔直径经验公式;利用高速摄像技术获得靶后破片群运动图像,分析破片群扩展规律以及弹体的侵蚀规律;基于微观组织分析,探索超高速撞击中弹靶材料的熔化问题。结果表明：通过对实验数据的拟合,认为在弹靶材料不变的情况下,靶板穿孔直径、靶后破片群轴向扩展最大速度、横向扩展最大速度近似和弹体直径、靶板厚度、撞击速度相关,而对于弹体侵蚀长度,除上述参数外还与弹体长径比相关;在柱形弹体超高速撞击靶板问题中,靶板背表面产生层裂并在破片群前部形成速度大于剩余弹体速度的“尖端”,可近似由靶板厚度小于弹体直径的0.72倍来确定;当柱形93钨弹体以2~3 km/s速度撞击靶板时,靶后破片群尚未发生大范围熔化,但当破片群、剩余弹体撞击第2层靶板时,受到二次加载作用,撞击区附近将发生大范围的材料熔化。     

转管炮旋转发射惯性对弹丸起始扰动的影响分析

研究转管炮发射时身管旋转所导致的惯性力、科氏力对弹丸起始扰动的影响,建立了同时考虑弹丸旋转惯性力和科氏力的半约束期内起始模型,估算了身管旋转发射时运动弹丸的偏角变化规律,结果表明旋转离心力和身管组半锥夹角导致的科氏力对弹丸起始扰动的影响,弹丸偏角随身管转速的增加而线性增加,特别是高转速时,由切向速度所引起的弹丸的偏角更大.这为转管武器的射击精度研究提供了参考.     

射弹冲击引爆带壳炸药临界条件

在Jacobs-Roslund准则分析基础上,对不同参数射弹冲击引爆带壳炸药阈值速度进行了数值模拟,获取了多个引爆临界速度关系曲线;建立了包含射弹直径、头部形状及材料等参数的引爆临界条件经验表达式,计算结果与已有的试验结果吻合较好.利用该式能较准确地计算射弹冲击引爆带壳炸药临界条件.     

环形起爆对球缺型药型罩形成EFP速度的影响研究

基于传统的锥形药型罩的模型理论，推导出环形起爆下圆弧型药型罩形成爆炸成型弹丸（EFP）的工程模型，推导出EFP基本稳态时的速度公式，通过调整不同的起爆环位置尺寸，得到相应的稳态时EFP整体速度变化规律，为工程设计提供参考。     

非零攻角下空心弹阻力特性研究

为了研究攻角对空心弹阻力特性的影响,应用Fluent软件仿真3种典型空心弹结构方案空气动力流场,分析攻角对空心弹流场构型的影响,得到了不同马赫数、不同攻角下的阻力系数.结果表明:外锥形空心弹在16°攻角以内均未发生阻塞;混合锥形空心弹和内锥形空心弹临界阻塞速度随着攻角增大而变大,当攻角大于8°时,临界阻塞速度急剧增大.内锥形空心弹结构方案阻力系数受攻角影响较大,建议慎重选用;外锥形空心弹结构方案阻力系数受攻角影响较小,建议优先选用.空心弹阻力系数随着攻角的增大而增大,当攻角大于4°时,阻力系数增加很快;不带一次项的二次函数式可以较为准确的描述混合锥形空心弹和外锥形空心弹阻力系数与攻角的关系.     

表面驻留对陶瓷复合结构抗侵彻特性影响

子弹在陶瓷表面的驻留现象对于装甲防护结构设计具有重要意义。开展陶瓷复合结构抗侵彻特性试验和数值模拟研究,分析侵彻作用过程中弹靶失效破坏、子弹驻留时间及耗能特征,探讨子弹速度、头部形状及背板厚度对驻留效应及复合靶抗侵彻特性的影响规律。研究结果表明：尖头弹中低速侵彻陶瓷复合结构时,子弹头部将在陶瓷表面完全侵蚀,同时耗散大量能量;随着子弹速度的增加,驻留时间减短,子弹动能耗散百分比越低,子弹速度为600 m/s时驻留期间动能耗散百分比可达90%;随着尖头弹锥角增加,驻留时间及驻留期间动能耗散百分比呈先增加后减小趋势,在半锥角取45°时驻留期间能量耗散百分比最大可达80%;随着背板厚度的降低,子弹驻留时间及驻留期间动能耗散降低幅度并不明显。     

两种混凝土抗常规弹丸侵彻特性分析

为研究钢纤维混凝土与普通混凝土抗弹丸侵彻性能的异同之处,利用别列赞公式对Φ37mm弹丸侵彻两种混凝土靶弹道试验数据进行了拟合、分析。并基于LS-DYNA3D有限元程序,引人Holmquist-Johnson-Cook累积损伤材料模型以描述混凝土材料的非线性变形及断裂特性,对弹丸侵彻两种混凝土靶进行了三维数值模拟计算,得到了侵彻过程中的主要物理图像和数据,进而对计算结果进行了分析讨论。研究表明,与混凝土相比,钢纤维混凝土抗侵彻能力的提高是由材料抗压强度及抗冲击韧性提高共同作用的结果。     

非线性力矩作用下气动偏心弹丸强迫圆锥运动稳定性条件

为了指导无伞末敏弹等气动非对称弹丸的结构设计和气动设计,建立了气动偏心弹丸在三次方非线性静力矩和二次方非线性赤道阻尼力矩作用下的攻角方程,运用平均法求解了方程的近似解析解及其线性变分方程。在此基础上,根据Hurwitz判别准则,得到了气动偏心弹丸做强迫圆锥运动的渐近稳定条件,分析了该条件的物理意义,并应用数值计算算例对该条件进行了验证。结果表明,当自转角速度和气动偏心角满足一定的约束条件时,三次方非线性静力矩和二次方非线性赤道阻尼力矩作用下的弹丸可以实现固定攻角的稳定强迫圆锥运动。     

基于Hermite插值的制导炮弹姿态旋转矢量优化方法

在制导炮弹姿态解算过程中,角增量提取精度对姿态解算精度的影响显著,为此提出一种Hermite 插值二子样角增量提取算法。进一步优化Hermite插值公式的系数,得出优化Hermite插值二子样角增量提取算法。在锥动环境下,将该算法与Lagrange插值三子样角增量提取算法进行仿真和试验对比。结果表明：采用所提出的Hermite插值二子样角增量提取算法的姿态解算精度优于Lagrange插值,且优化Hermite插值更适用于制导炮弹姿态解算的实际情况;该算法不仅适用于制导炮弹高动态环境,而且在同样精度条件下,可降低姿态更新采样频率,降低了对导航计算机的要求。