波阻抗梯度飞片的特性研究

基于波阻抗梯度飞片撞击二次飞片时的准等熵压缩特性,给出了波阻抗梯度飞片的设计原则.根据该设计原则,设计了一种由TPX、镁合金、铝、钛、铜、钽等材料组成的波阻抗梯度飞片,并计算了该梯度飞片的波阻抗分布.计算结果表明,该梯度飞片前后表面的波阻抗与二级飞片波阻抗的比值分别为0.08和2.45.     

气炮发射获得超高速碰撞器的数值模拟研究进展

航天器结构防护的实验研究需要将克量级的金属飞片加速到10 km/s左右的超高速状态,目前中国工程物理研究院流体物理研究所在二级轻气炮装置上对这一关键技术取得了突破性进展,成功将克量级的LY12铝飞片驱动加速到11.0 km/s,将克量级的高密度Ta和Pt飞片分别驱动加速到约10.0 km/s和9.0 km/s.本文简要回顾了我们近年来的实验研究结果,并利用研制的高精度MFPPM计算程序对气炮加载驱动超高速飞片过程进行数值模拟,给出的飞片自由面速度与实验测量结果基本一致.考虑到超高速碰撞效应涉及物质熔化、汽化和等离子状态等宽区物态方程问题,进一步发展了具有自主知识产权的LSFC欧拉型计算程序,在气炮加载驱动超高速飞片问题中对其进行了验证,其计算结果与MFPPM的计算结果基本吻合,拟进一步发展后将其应用于超高速空间碎片及其防护的数值模拟研究.     

波阻抗梯度材料超高速正/反撞击下防护特性研究

为分析梯度分布对波阻抗梯度材料超高速撞击防护特性的影响,针对梯度分布为钛合金/铝合金/镁合金的波阻抗梯度材料,设计开展了以钛合金为撞击面（正撞击）、镁合金为撞击面（反撞击）的超高速撞击实验与数值模拟研究.研究获得了实验条件下防护结构碎片云特性及后墙损伤特性,并借助数值模拟,深入分析了不同撞击条件下弹靶冲击压力特性、内能转化特性.结果表明,正撞击有利于增大弹靶冲击压力,促进动能向内能的转化,从而提高防护能力.     

超高速加载下电磁感应测速的多物理场有限元模拟

电磁感应测速是超高速加载下获取飞片飞行速度的重要非接触手段,但测试信号的幅度、极性与飞片速度关系不明确限制了该测速方式的普遍应用,而目前尚未找到很好的解决方法。针对该问题,本文通过多物理场下的有限元模拟方法建立电磁感应测速模型,对电磁感应测速过程进行模拟分析,得到飞片速度与信号特征之间的关系,为磁感应测速方式合理应用提供理论基础。     

工程陶瓷高速深磨中声发射的实验研究

建立了工程陶瓷高速深磨中声发射的实验系统,自主开发了其中的声发射信号虚拟仪器采集系统.对部分稳定氧化锆(PSZ)和氧化铝进行了高速深磨声发射的实验研究,分析了磨削参数和工程陶瓷材料对声发射信号的影响.研究了砂轮修整前后声发射信号的变化.结果表明,即使在砂轮超高速和大切深下,声发射增加仍较小.选择砂轮超高速、大切深和小的工作台速度对高效低成本磨削工程陶瓷是有利的.运用声发射还可对砂轮磨损状态进行在线监测.     

双脉冲激光驱动飞片实验与理论计算

飞片速度是衡量激光驱动飞片起爆能力的重要指标,如何在有限的激光能量密度下提高飞片速度是需要研究的关键问题之一.本文进行了双脉冲激光驱动飞片实验,采用将激光分束再汇聚的方法,实现双脉冲激光驱动飞片过程;采用激光纹影高速照相法,观测了不同时刻下飞片的形态和位置,给出了飞片运动速度.推导了双脉冲激光驱动飞片速度的理论计算公式,计算了不同激光能量和脉冲间隔下飞片的速度.研究发现,在相同激光能量下,采用适当时间间隔的双脉冲激光,可以提高飞片对激光的能量吸收率,从而提高飞片速度.     

梯度加载下岩爆试验的声发射特性

为了研究岩爆过程中声发射特性参数与岩爆破坏的关系,通过自主研发的岩爆模型试验装置,对大尺寸(1 000mm×600mm×400mm)试件进行岩爆模型试验。采用声发射监测装置,获取了不同加载梯度下岩爆模型试验过程中的声发射监测数据。结果表明:梯度加载过程中,试件的声发射事件数及能量在不同加载时刻有所不同,表现为极大的梯度变化;加载初期,声发射信号极少,岩爆瞬间突变增大,试件集聚的能量越大,更易发生瞬间强烈的岩爆现象;声发射定位点能够反映试件内部裂纹的动态演化过程,梯度加载过程中,声发射定位点的分布及数量能够直观展现岩爆破坏的程度。     

一种金属电爆炸驱动飞片的速度评估方法

针对爆炸箔起爆系统,建立了一套基于压电薄膜估算飞片瞬时速度的实验方法.利用压电薄膜测试了飞片的平均速度,并与1维飞片速度模型的理论结果进行比较.飞片平均速度的误差在10%以内,说明1维速度模型满足计算精度要求.同时,利用飞片速度的理论结果研究了飞片的平均速度与瞬时速度的关系,结果表明,飞片瞬时速度与平均速度近似呈正比例关系.这样就可以利用压电薄膜法估算出飞片的瞬时速度.     

冲击起爆单元中飞片参数的数值模拟

为了研究飞片参数对飞片冲击起爆的影响规律,采用Lee-Tarver点火增长模型对不同材料飞片的厚度、直径冲击起爆HNS-Ⅳ炸药进行数值模拟研究,分析不同飞片参数对起爆阈值的影响.结果表明,对于直径为Φ1.57 mm×25 μm的飞片,聚酰亚胺的冲击起爆动能低于玻璃和陶瓷材料,是目前冲击起爆装置低能化设计较为理想的材料.飞片参数研究表明,在25~145 μm厚度范围内,冲击起爆炸药的飞片阈值速度随着飞片厚度的不断增大而降低,当飞片的厚度大于145 μm,飞片冲击起爆HNS-Ⅳ炸药的阈值速度无明显变化.当飞片直径为1.02~1.57 mm,飞片阈值速度随着飞片直径的增加逐渐降低,当飞片直径超过1.57 mm时,飞片冲击起爆HNS-Ⅳ炸药的阈值速度趋于一个定值.     

桥箔电爆炸驱动飞片的数值模拟

为了研究桥箔电爆炸驱动飞片过程中,桥区宽度和加速膛材料对飞片速度的影响,采用AUTODYN软件对这一过程进行数值模拟.模拟结果表明,相比于0.27 mm、0.30 mm、0.33 mm、0.36 mm和0.42 mm的桥区宽度,0.24 mm桥区宽度所驱动的飞片速度最大.对飞片经铝、镍、铜和氧化铝陶瓷四种材料加速膛剪切后,飞片速度和形貌进行了模拟,结果表明氧化铝陶瓷的硬度大,可以提高飞片速度和剪切效果,且加速膛发生形变小,优于其它三种材料.     

超高速斜碰撞碎片云形态的研究

针对航天器的碰撞毁伤程度与超高速斜碰撞所产生碎片云的形态的关系,利用光滑质点流体动力学(sPH)方法研究了超高速斜碰撞所产生碎片云的形态.主要分析了碰撞参数,如弹丸速度、靶板厚度、弹丸直径对碎片云形态的影响.仿真结果表明,二次碎片云的膨胀速度以及膨胀尺寸随碰撞速度和弹丸直径的增加而增加,随靶板厚度的增加而减小.     

空间带网抛射展开参数分析

随着空间碎片对航天器及航天员威胁的日益增加,采用飞网的空间碎片清理技术已成为研究热点。本文采用强度更高,缠绕现象少的空间带网代替传统飞网。基于弹簧质点法采用MATLAB进行了抛射展开过程仿真。为了能更好的模拟带网发射过程,本文提出了空间带网抓捕效果评价指标。并对带网的结构参数进行敏感性分析,讨论结构弹簧弹性系数和剪切弹簧弹性系数对展开过程的影响。其次对发射参数进行分析,讨论发射速度、发射角度和质量块质量对展开过程的影响,为带网的抛射展开提出参数选取依据。结果表明较大弹性系数有利于带网展开过程,发射时不宜选取过大发射速度、发射角度及质量块质量。     

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.     

基于二维颗粒元法的超高速碰撞薄靶数值模拟

传统基于网格数值方法在模拟超高速碰撞时存在着材料大变形引起节点位置异常变化,导致单元畸变严重使计算无法进行;尤其是超高速碰撞中引起的材料断裂、破碎等用传统网格算法很难准确描述. 为克服传统网格算法在模拟超高速碰撞时存在的缺陷和不足,用二维颗粒元法模拟直径为5 mm球形弹丸以4~7 km/s对2 mm厚的靶板碰撞. 模拟结果表明,该方法克服了计算过程中存在的网格畸变现象,模拟得到的弹丸对薄靶开孔规律和形成碎片云形貌与实验基本吻合,证实了二维颗粒元法可作为新方法模拟超高速碰撞.     

炮膛抽成真空状态下的电磁轨道炮的性能分析

空气阻力是电磁轨道炮发射过程中受到的主要阻力之一,为改善发射性能,可以将炮膛内抽成真空。因此,本文建立了轨道炮的SIMULINK仿真模型,并对轨道炮在有空气阻力和炮膛内处于真空状态下的发射过程分别进行仿真计算,对比分析了两种情况下的出口速度和系统效率。结果表明,将炮膛内抽成真空,可有效提高电磁轨道炮的出口速度和系统效率,同时减少了电枢的出膛时间,对提高系统寿命具有重要意义。     

超高速微小碎片激光测速系统研制及应用

地面超高速模拟实验是研究微小空间碎片撞击效应经济有效的手段,其中等离子体加速器为微米量级碎片的主要地面模拟设备.本文研制了在等离子体驱动微小碎片加速器系统并应用于高速飞行微粒速度测量的激光测速系统.该激光测速系统工作原理是.利用主动激光照明,在颗粒飞行路径上形成光墙,通过检测颗粒通过光墙形成的散射激光,得到微粒到达光墙的时间,利用飞行时间法进行高速微粒速度测量.在激光测速系统原理测试实验中,采用信号响应上升时间小于10 ns,电子渡越时间小于20ns的高灵敏、快响应的光电倍增管,原理试验测得该探测系统的响应时间仅为约70 ns.该响应时间小于速度为15 km/s的颗粒通过3～5mm厚度的片状激光束的理论时间,并验证了该系统灵敏度高、响应时间快的特点,可以满足超高速微粒(8～20 km/s)通过3～5 mm激光墙的时间阈值(约0.1 μs)的需求.目前,激光测速系统已经应用于等离子体加速器发射超高速微粒的试验中,能有效测量等离子体加速器所发射的高速微粒的群速度,对15 km/s及以上速度的超高速颗粒亦能捕捉到有效信号,实现对微粒速度的测量,达到了良好的预期效果.在等离子体微小碎片加速器上开展的超高速撞击试验中,激光测速系统能够实现无损在线速度测量,对等离子体加速器上开展的超高速撞击试验提供了重要帮助.     

APOGEE巡天中超高速恒星的搜寻

利用APOGEE/DR14巡天提供的视向速度信息和光谱信息,对径向速度超过383.4 km/s的恒星进行检查后,筛选出40颗高速恒星。再结合Gaia巡天提供的自行、视差等信息,从中发现了2颗超高速恒星候选体。为研究超高速恒星的性质与起源提供了新的参考依据。