速射中口径高炮拦截TBM毁伤效能仿真计算方法

在提出速射中口径高炮拦截TBM毁伤效能仿真计算思路的基础上,重点提出和研究了采用卡尔曼滤波方法仿真计算高炮对TBM跟踪与火控解算误差、采用蒙特卡洛方法仿真统计高炮对TBM弹头的命中破片数、高炮对TBM弹头毁伤概率仿真计算等关键问题。仿真计算方法为速射高炮反导研究的深入开展提供了借鉴和参考。     

偏头控飞行器气动仿真与外形优化

针对智能偏转弹头的飞行器模型,以通用流体计算软件FLUENT为计算平台,进行了大量气动仿真实验.计算了不同头部偏角,不同马赫数和攻角姿态条件下,智能偏转弹头模型所受的气动力;分析在不同条件下升力、阻力和偏航力矩的变化情况,同时比较了不同外形的此类弹头的气动特性。仿真结果表明在飞行速度大于一个马赫的情况下,大长径比、尖锥外形的智能偏转弹头可获得较大的升阻比和偏航力矩,气动性能较好。     

弹头随机响应计算

弹头在飞行过程中的振动主要是随机振动,计算随机激励下弹头的响应是弹头结构强度和环境分析的重要任务之一。本文针对弹头随机激励的谱特点,给出了随机响应的近似解法及其误差估计,并推导了密集模态下随机响应的解析表达式。针对典型弹头,本文详细研究了其有限元模型的建立过程及简化处理方法,并用实验测量值对模型进行了修正,计算结果表明,本方法是有效的、实用的。     

内膛损伤枪管膛口扰动参数研究

为分析枪管内膛损伤导致射击精度下降、椭圆弹孔率上升进而导致枪管寿终的问题,基于系统的某12.7 mm机枪枪管寿命试验,建立无损伤枪管、寿命中前期枪管、寿命中期枪管及寿终枪管4个寿命阶段枪管内弹道过程的弹枪热力耦合模型。采用均匀设计方法安排弹药随机因素影响下的弹头内弹道过程仿真实验,获得不同内膛损伤程度的枪管膛口扰动状态随弹药参数变化的响应值,仿真计算结果与试验数据吻合较好。利用基于3次B样 条曲线的偏最小二乘回归建模方法对传统均匀设计响应面法进行改进,获得以弹药参数为自变量的弹头膛口扰动响应面方程及枪管在不同寿命阶段时弹药随机因素对弹头出膛时初始扰动状态的影响规律。仿真实验及数据分析结果表明：各弹药参数对不同寿命阶段的枪管膛口扰动量贡献度均不相同;为降低寿命末期枪管的弹头膛口扰动,应尽量减少弹头的质量偏心,在合理范围内适当减少弹头壳初始屈服应力,并取适中的弹头壳圆柱部直径和装药量。     

火箭弹弹头引信空气附面层热特性数值仿真研究

飞行气动热对弹头引信可靠性影响极大。建立了弹头引信空气附面层计算模型,借助有限元分析方法,充分考虑引信内部不同材料特性,建立相关数学模型。采用软件进行仿真。其结果达到了较高的精度,为弹头引信的热管理奠定了基础。     

弹头触发引信防雨试验水柱靶仿真

为了研究弹头触发引信防雨试验中采用的人工水柱靶与自然雨滴的等效性,通过数值仿真软件,应用光滑粒子流体动力学方法和有限元法耦合方法,仿真了不同触发区直径的弹头触发引信内凹和外凸触发机构分别撞击雨滴及其质量等效水柱靶的过程,得到了撞击过程中触发区内触杆剪切凸台最大剪切应力的峰值、持续时间和波形。仿真结果表明,按质量等效原则确定的人工水柱靶能够较准确地模拟自然雨滴撞击引信触发区过程,可用于弹头触发引信防雨性能试验考核。     

弹头部圆弧曲线的气动设计

文中应用数值仿真软件对某弹头部的三种设计方案进行了外流场数值仿真,在仿真结果的基础上对弹头部气动参数进行对比分析,得出了较优气动外形.从而验证了外流场数值仿真方法是弹箭气动外形设计的一种快速、高效的方法,相对风洞实验,具有设计效率高,研制成本低的优点.     

基于SOLIDWORKS 的弹头压入专机的有限元分析和结构优化

针对多发一组对弹头专机进行压合时存在的问题,建立弹头压入专机结构的简化三维模型。在××弹自动装配生产线的弹头压入专机设计过程中,运用SolidWorks软件建立虚拟样机,采用机械仿真设计软件SolidWorks Simulation工具对模型进行静力学机构仿真分析,得到关键部件的最大应力及变形位移,并基于仿真结构,对关键零件进行结构优化设计。结果表明：该方法有实用性较强,可为弹头压入专机及类似设备的工程设计提供理论参考。     

高精度狙击步枪弹与枪匹配设计方法研究

为了研究狙击步枪弹与枪匹配设计方法,基于非线性有限元理论建立了弹与枪相互作用数值计算模型,该模型是一个较为完善的求解弹头膛内发射过程的计算模型,通过对比试验结果与仿真结果证明了该模型的正确性。将稳健设计思想应用于弹与枪匹配设计,选取多个弹、枪设计参数作为控制因素,弹头质量偏心为噪声因素,弹头膛内摆动角为性能度量,采用正交试验法开展稳健性研究,获得了各参数在两水平值处的稳健特性;正交试验所得4组枪、弹参数匹配组合方案在有无噪声状态下的方案优劣结果与精度射击试验方案结果基本一致,证明了将稳健设计思想应用于弹与枪匹配设计的可行性、正确性。     

动能杆对TBM弹头毁伤效应的数值仿真

为研究动能杆对TBM弹头的毁伤效应,根据文献调研将TBM弹头结构分为鼻锥、前设备舱、战斗部舱和控制舱四个部分,并分别建立了其等效结构模型。据此,通过Autodyn软件,仿真计算了动能杆以一定速度和不同着角对鼻锥、前设备舱和战斗部舱等效结构的高速撞击效果。结果表明:动能杆难以贯穿TBM弹头的鼻锥侵入弹头内部,但可侵入前设备舱对TBM弹头进行毁伤,且可有条件的引爆战斗部舱内的B炸药,并通过数值仿真获得了引爆条件。     

高聚物粘结炸药Steven试验低速撞击破坏和点火的数值模拟

建立了Steven撞击试验有限元计算模型。采用热力耦合模型和Arrhenius方程描述炸药的热反应,用节点分离方法模拟炸药的破坏,对不同形状弹头低速撞击高聚物粘结炸药的响应过程进行了数值模拟研究。计算得到的破坏模式、点火区域和点火阀值速度与试验结果吻合较好。分析了弹头形状对炸药受力和反应的影响。计算结果表明,弹头形状会影响炸药的受力,从而导致炸药的点火阀值速度和点火位置的不同。     

基于FLUENT软件和内弹道模型双向耦合的超高射频火炮发射过程模拟

弹头阻力计算的准确性直接决定了超高射频火炮内弹道数值模拟的准确性。为了提高超高射频火炮内弹道过程数值模拟的准确性,利用二次开发工具UDF将FLUENT软件和经典内弹道（CIB）模型双向耦合计算超高射频火炮弹前流场,得到了超高射频火炮发射过程中第2发弹丸的弹头阻力,分析了不同射击频率下弹头阻力的变化规律。结果表明：FLUENT-CIB模型双向耦合计算能够得到弹前身管内火药气体各个时刻的流场分布,提高了弹头阻力计算的准确性;弹头阻力在弹丸启动后很快由减小变成增大,增大到某个极大值后又逐渐减小,直到弹丸出炮口,这个变化规律在不同射击频率下普遍存在;射频降低,在弹丸运动前期弹头阻力增幅减小,在弹丸运动后期弹头阻力降幅也减小。弹头阻力计算的准确性直接决定了超高射频火炮内弹道数值模拟的准确性。为了提高超高射频火炮内弹道过程数值模拟的准确性,利用二次开发工具UDF将FLUENT软件和经典内弹道（CIB）模型双向耦合计算超高射频火炮弹前流场,得到了超高射频火炮发射过程中第2发弹丸的弹头阻力,分析了不同射击频率下弹头阻力的变化规律。结果表明：FLUENT-CIB模型双向耦合计算能够得到弹前身管内火药气体各个时刻的流场分布,提高了弹头阻力计算的准确性;弹头阻力在弹丸启动后很快由减小变成增大,增大到某个极大值后又逐渐减小,直到弹丸出炮口,这个变化规律在不同射击频率下普遍存在;射频降低,在弹丸运动前期弹头阻力增幅减小,在弹丸运动后期弹头阻力降幅也减小。     

钝头双锥体有攻角表面热流计算

本文针对导弹机动弹头再入的防热问题,通过求解二维EULER方程确定边界层外缘参数,在理论与半经验公式的基础上,利用参考焓方法计算了球头钝双锥外形弹头有攻角再入时的表面热流.通过与国外实验结果比较表明,这种采用CFD方法求解边界层外缘参数和其它方法获得的热流计算结果较为准确,为再入弹头防热方案的初步设计提供了有效的途径.     

某大口径机枪内膛损伤对弹头挤进过程的影响研究

为研究大口径机枪枪管寿命过程中内膛损伤对弹头动态挤进过程的影响,分析影响枪管寿命的关键因素,在进行大量射击试验获得枪管内膛损伤发展规律基础上,建立了不同寿命阶段含内膛损伤枪管的精确有限元模型。采用Fortran子程序的方式实现了内弹道过程与显式有限元方法的迭代数值求解,获得了弹头挤进过程中表面形貌及运动姿态随内膛损伤发展的变化数据。对比数值模拟结果与试验数据验证了弹-枪耦合模型的准确性。仿真结果表明：内膛损伤导致的弹头挤进过程中,质心偏移量和弹头摆动角的增加、表面形貌及气动力参数的改变,以及由于导转侧损伤较严重引起的弹头所受导转力和转速下降等3个因素是导致弹头外弹道飞行稳定性降低及枪管寿终的主要原因。研究结果为进一步研究枪管寿终机理,提高枪管寿命具有一定的参考意义。     

弹道导弹再入段大气参数修正

为了提高弹头落点精度,在分析大气参数偏差对弹头再入精度的影响和实际大气参数与标准大气参数差异的基础上,运用实测大气参数,拟合建立了再入大气参数的修正模型,并分析了模型的可靠性.通过弹道仿真计算表明,建立的修正模型有效地提高了弹头再入落点精度,该修正模型是切实可行的.     

基于ISIGHT平台的枪弹弹头发射强度可靠性分析

为提高枪弹发射时的弹头结构强度可靠性,分析基于ISIGHT软件的弹头发射强度可靠性仿真方法。应用Python语言建立基于ABAQUS软件的枪弹弹头发射强度参数化有限元仿真模型,采用基于方差降低技术的Monte Carlo描述采样方法产生各影响因素随机量,通过ISIGHT软件集成ABAQUS软件,完成多组随机工况下弹头发射强度的参数化驱动循环仿真;结合应力-强度干涉模型,完成弹头发射强度的可靠性评估。算例验证结果表明：该方法具备有效性,为枪弹弹头结构可靠性分析提供了一种可行的方法。     

高速弹道导弹激光引信外流场分布影响特性

针对弹道导弹激光引信易受弹前激波干扰，导致激光引信接收系统回波能量大幅衰减的问题，建立了弹道导弹下降段超高音速飞行下的有限元模型。通过计算流体力学仿真软件(CFD)对高速弹道导弹外流场进行仿真，计算得到弹道导弹超音速下降时弹头附近温度、压强、密度等物理量分布特性；得出三条不同方向激光传输信道上外流场参数变化趋势；在仿真计算得到温度场与密度场基础上，结合折射场计算模型得到了弹头折射率场分布图。结果表明，弹头超音速下降时外流场分布极度不稳定，与弹轴呈一定夹角的激光探测方式明显优于前视激光探测，可以有效降低弹前激波干扰，为激光引信激光发射与接收方向选择提供了参考。利用Matlab仿真分析了传统激光信道与最优激光信道上的大气后向散射回波光子数，验证了所做研究的有效性。     

大口径机枪双头弹测速方法与飞行特性分析

针对大口径机枪双头弹的运动特点,提出了一种采用多普勒测速雷达实现两目标测速的实验方法,进行了多普勒测速实验,获得了双头弹１００ｍ内全弹道速度－时间关系曲线。并计算出了双头弹两个弹头的切速和此道段的阻力系数,据此进行了行特性分析。实验结果证明,大口径机枪双间两个弹头的飞行是稳定的,且两者之间存在相对比较固定的速度差。该测试结果为其弹道分析提供了可靠依据。     

弹道导弹突防中伪装效能评估

为了计算弹道导弹突防中诱饵掩护效果,以弹头的被识别概率和弹头平均突防数作为效能指标,考虑不同数量诱饵干扰情形和不同的反导拦截策略,建立了诱饵掩护效果计算模型,给出了识别效率、突防效率和拦截效率的定义,对诱饵掩护下的导弹突防伪装效能进行了定量分析。对反导系统采用“发现即拦截”和“识别后拦截”策略的突防效果进行了仿真,结果表明：在“发现即拦截”策略下,反导系统最多可拦截的目标数对进攻方的突防效率有重要影响。该研究结果对开展弹道导弹突防能力仿真评估具有参考价值。     

双旋制导火箭弹动力学建模

依据双旋火箭弹的多体特点,采用多体动力学中的凯恩方法建立了包含弹头和后体动力学特征的双旋火箭弹动力学模型。综合考虑弹头和后体的相互作用,将轴向的约束力视为非理想约束,并将其考虑进广义主动力,最终得到7 个标量动力学方程。理论分析与仿真结果表明,采用凯恩方法建立动力学模型同牛顿欧拉法所建模型相比较,凯恩模型不仅能够精确地展现双旋制导火箭弹的飞行特性,同时也减少了微分方程的求解数量,便于计算机的仿真计算,具有一定的适用性。