火箭发动机与尾翼座共用尾翼结构在高膛压火炮膛内间隙影响因素

针对高膛压火炮发射时张开式尾翼座的膛内间隙影响因素及变化规律,基于有限元分析软件LS-DYNA对弹尾采用共用尾翼结构的典型增程类弹药膛内过程开展数值模拟。获得弹丸膛内每时刻的动力学响应,其中出炮口速度、转速与试验数据吻合较好。分析了共同尾翼结构中发动机壳体在不同屈服强度和预紧力加载下膛内发动机支座、壳体与战斗部底座的轴向压缩量及各尾翼片与底座的间隙变化。结果表明：膛内发动机支座、壳体与战斗部底座的轴向压缩量在膛内先增大、后减小,与膛压-时间曲线趋势一致;发动机壳体轴向压缩量对间隙影响最大,在总压缩量中占比达78.2%;发动机壳体屈服强度降低至800 MPa时,共用尾翼结构弹性变形引起的总压缩量已超过尾翼与战斗部底座间隙,导致尾翼片磕碰底座;螺钉预紧力异常加载下各尾翼片与底座的间隙在膛内不再同步,间隙相差最大达初始间隙的17.3%,因此各尾翼片与底座磕碰时产生深浅不一的痕迹。该研究成果可为采用共用尾翼结构的增程类弹药在膛内结构强度故障预防及分析提供参考。     

杀伤爆破弹弹体异常淬火时弹底大破片形成机理

以某杀伤爆破弹爆炸产生回飞弹底大破片事故为背景,开展弹底大破片产生原因和相关故障分析。利用金相显微镜观察、比较实际回收的弹底大破片和正常弹体的微观组织,测试获得材料性能参数。据此,采用AUTODYN-3D软件数值模拟不同拉伸破坏极限下异常淬火弹体内爆驱动弹底膨胀、断裂过程,得到弹底断裂状态、速度分布及裂纹衍生等。通过异常淬火弹体进行静爆试验,复现了故障状态。结果表明：异常淬火弹体与弹底大破片的微观组织均会出现大量回火索氏体与上贝氏体混合组织,提高了材料塑性和屈服强度;随着弹体拉伸破坏主应力提高,爆炸加载后的弹底由完全断裂形成的数块破片,逐渐过渡为带裂纹、层裂破坏区的弹底大破片,且数值模拟结果与实际回收的弹底大破片形貌、尺寸吻合较好;发生在弹底的断裂模式包括轴向“崩落”、外侧层裂以及径向裂纹的衍生与扩展;异常的淬火过程改变了弹体材料性能,将导致内爆加载下弹底大破片的产生,进而造成回飞事故。     

高速旋转弹丸炸药装药在膛内运动中底层温度的数值模拟

针对装填压装药柱的高速旋转弹丸发射安全性问题,基于摩擦产热-热传导-升温理论,建立弹丸炸药装药在膛内运动过程中因摩擦引起的温度变化计算模型。以某大口径高速旋转弹丸出膛后掉弹事故为计算实例,采用通用仿真分析软件LS-DYNA数值模拟该弹丸在膛内运动全过程,获取装药底面压力和装药与弹体相对角速度随时间变化规律,并结合MATLAB软件获取其具体函数形式,最终计算得到装药在膛内运动过程中的温度变化。计算结果表明：环境温度为50 ℃时,膛内炸药装药与弹体发生显著相对转动,在装药底面发生强摩擦、产生大量热量,向装药热传导后致使底层炸药升温,温度最高达302.3 ℃,远高于炸药热分解温度;热点将在装药表面大量产生,并在弹体内密闭空间快速成长,最终引发装药燃爆,造成掉弹事故;所提计算方法可为该类弹丸炸药装药结构设计和工艺改进提供理论参考。     

钨合金长杆弹撞击厚壁柱形目标临界跳飞角计算模型

针对钨合金长杆弹撞击厚壁柱形目标的跳飞问题,通过简化目标和分析变量构造弹目交汇物理模型,采用LS-DYNA3D显式动力学软件建立有限元仿真模型并进行校验,开展长杆弹以着速1 000~2 200 m/s、命中偏移角0°~40°多工况撞击厚壁柱形目标的仿真计算,得到不同着靶条件下长杆弹的临界跳飞角β_c。通过对着速v、命中偏移角γ对临界跳飞角β_c的影响进行量化分析,经数据拟合获取修正因子,建立基于Rosenberg临界跳飞角β_c的修正计算模型。与数值模拟结果对比结果表明,该模型对确定钨合金长杆弹撞击厚壁柱形目标跳飞边界具有较好的适用性。