超高速侵彻引信多层目标过载层间粘连机理

针对战斗部高速侵彻多层目标过程中引信测量的过载层间粘连并导致计层不准的问题,对实测过载信号包络进行细节分析,提出层间过载粘连的内在机理是应力波沿着弹长方向的传播、反射及叠加,粘连过载的主频是应力波传播的频率。仿真表明,根据应力波传播的频率对粘连过载进行低通滤波,能够显著消除侵彻过载的层间粘连,凸显目标层包络。该机理的揭示为解决侵彻过载层间粘连问题,提高引信的计层准确性提供了关键技术支撑。     

新型磁敏感侵彻计层方法研究

为解决侵彻引信高速侵彻时的信号粘连问题,提出了一种磁敏感侵彻计层技术。在侵彻引信内安装磁钢和磁传感器,当战斗部侵彻有限厚钢筋混凝土靶板时,引信内磁场的强度随靶板与战斗部相对位置的改变而产生显著变化,可作为侵彻穿层的响应信号。由磁传感器检测穿层响应信号,实现计层。根据所提出侵彻引信磁敏感计层方法,采用有限元法建立了侵彻战斗部和钢筋混凝土模型,对侵彻过程进行了仿真。设计并制作了磁敏感模拟引信,使用钢网模拟钢筋混凝土靶板,进行静态半实物测试,验证了磁敏感计层方法的可行性。研究结果表明：该磁敏感侵彻计层方法不易受速度、振动影响,可以对大长径比侵彻战斗部在高速侵彻多层混凝土靶板时实现准确计层。     

基于应力波衰减材料的目标层特征凸现方法

针对多层侵彻过载粘连信号成分复杂、信号处理方法从中提取穿层特征压力大的问题,提出基于应力波衰减材料的目标层特征凸现方法。该方法采用灌封硅橡胶+纳米SiO_2颗粒制备的材料填充至引信壳体内侧,能够将弹体高速侵彻多层硬目标过程中激发的应力波快速衰减,避免了应力波沿着弹体多次重复叠加造成侵彻过载的层间粘连,从而凸现侵彻过载的目标层特征。试验验证表明,同一发弹内采用该材料缓冲测得的侵彻过载层特征较未采用该材料缓冲的侵彻过载层特征明显。     

战斗部后端盖结构强度的数值仿真及应力波分析方法

针对战斗部侵彻过程中发生后端盖引信室剪切现象,提出采用数值仿真及应力波计算模型分析的方法,该方法首先建立了数值仿真模型并进行了计算,其次建立了应力波传播到后端盖端面后的传播计算模型,以及战斗部侵彻不同靶标时初始应力波的计算模型,并进行了相互校核。分析结果表明,战斗部以相同状态侵彻钢靶产生的初始应力波强度约为侵彻C40钢筋混凝土靶的2.7倍,未装配引信的引信室端面应力约为装配引信的引信室端面应力的2.8倍,即战斗部后端盖引信室内装配引信可大幅提高该部位的结构强度安全系数.     

侵彻引信过载特征等效低成本考核方法

围绕对高速侵彻引信在不同工况下功能充分考核的需求，针对全尺寸弹体侵彻试验成本高且难以实现多工况考核的问题，提出基于低成本火炮缩比弹和原型弹在过载峰值、持续时间以及粘连度三个特征量等效的引信等效试验方法。建立了基于125 mm加长弹的等效缩比试验，通过仿真和试验验证表明在低成本火炮基础上，可通过构建弹、靶、工况的缩比模型，实现全尺寸战斗部侵彻过程中引信动态响应特性的等效，实现引信不依赖全尺寸战斗部的独立考核试验，为引信多工况下功能考核验证提供支撑。     

基于加速度传感器和开关信号融合的计层算法

为了消除弹丸高速侵彻过程中敏感信号受应力波等干扰影响造成分层特性不明显或信号异常带来的计层误差,提出了一种基于加速度传感器和MEMS开关信号融合的计层算法.该算法通过对加速度传感器和MEMS开关信号分别与不同窗函数在时域中的卷积加权和得到的复合信号来判定弹丸侵彻过程中的分层特性.仿真表明:该算法在一定程度上消除了采用单一信号可能带来的计层误差,在弹丸高速侵彻过程中可以实现智能侵彻引信的计层起爆控制功能.     

弹体侵彻过程主动磁探测识别方法

针对现有主动磁探测侵彻过程识别方法存在双磁块体积大、安装一致性差,相对位置扰动对侵彻过程识别影响大的问题,提出利用单个磁块激发磁场的主动磁探测侵彻过程识别方法。通过安装于引信内部的单个磁块产生磁场,靶板内铁磁性的钢筋会使引信内部磁场产生变化,而磁场变化情况与侵彻过程中弹-靶相对位置具有对应关系,可以此实现对弹体侵彻过程的识别以控制起爆。利用COMSOL软件建立弹体侵彻钢筋混凝土靶板的有限元仿真模型,通过对侵彻单层靶的弹-靶耦合作用下的引信内部磁场变化情况进行仿真,确定磁块和磁传感器相对位置的放置方案。针对多层靶和厚靶的不同侵彻工况进行仿真分析,得到弹体侵彻多层靶和厚靶时磁场变化情况与侵彻过程的对应关系,分析了斜侵角度对主动磁探测的影响,侵彻角度越大,磁场强度变化滞后越明显。研究结果表明,利用单个磁块的主动磁探测方法可用于不同工况的侵彻过程识别并以此来控制起爆。     

侵彻过程中弹载火工品过载特性数值模拟

通过分析弹体侵彻模型及弹载火工品应力波加载机理,揭示了弹载火工品应力波加载的加载状态,并运用LS-DYNA有限元软件对特定侵彻过载环境进行了仿真计算.研究结果表明:弹体过载结果与Forrestal经典试验模型吻合较好;弹体与火工品的过载规律趋于相近,可以通过弹体的过载情况来预测弹载火工品的过载情况.此项研究可为侵彻过载中弹载火工品抗高过载能力评价提供参考.     

弹体侵彻岩石-混凝土复合靶数值分析

为研究弹体高速侵彻花岗岩-C60混凝土复合靶板的侵彻规律,通过显示动力学软件LS-DYNA建立了尖卵形弹体侵彻复合靶板的数值仿真模型,分析了不同入射速度,不同靶板倾角下弹体高速侵彻复合靶板作用过程,得出弹体速度、靶板倾角对弹体侵彻复合靶板的影响规律。由仿真结果可得：弹体余速随入射速度的增加呈现先增大后减小的趋势,弹体磨蚀率随入射速度的增加呈现增大的趋势。当弹体入射速度一定时其偏转角随靶板倾角的减小呈现增大的趋势,且弹体侵彻第2层靶板时其偏转角较第1层靶板还有所增加。弹体过载与入射速度呈正相关且与弹体质量磨蚀有关,当弹体弯曲时弹体过载会上升。     

平头钢弹侵彻钢靶板过载特性的数值分析

利用LS-DYNA软件,研究了平头钢弹侵彻钢靶板时的过载特性,针对几种典型的弹体初速度、弹体长径比进行了模拟计算,得到了各种条件下的弹体侵彻过载曲线,分析结果表明：着速、弹体长径比及弹体结构响应对侵彻过载均有很大影响,并得到一些定量结论,可为硬目标侵彻引信的设计及抗高过载加速度传感器的选择提供理论依据。     

反机场弹药斜侵彻多层介质靶的三维数值仿真

用AUTODYN-3D动力学软件对动能弹斜侵彻混凝土等多层介质靶问题作数值仿真研究．对某反机场子弹药以不同速度、不同入射角条件,斜侵彻机场跑道多层介质靶进行了模拟计算,计算结果如侵彻深度、侵彻过载、跳弹情况等符合一般规律,对子弹药着速和入射角的控制、弹体结构设计、装药设计、引信设计等方面提供设计参考．     

降低加速度信号粘连的传感器二次封装材料

针对战斗部高速侵彻多层硬目标时,时域内出现的加速度信号粘连影响引信计层准确性的问题,提出通过传感器二次封装降低侵彻计层信号粘连,而选择灌封材料的原则是提高振动模型的阻尼比;弹性模量相对较高、阻尼系数与刚度系数比值较大的灌封材料可以获得更高的阻尼比;仿真及试验表明：与石蜡相比,用环氧树脂灌封使振动模型阻尼比增大,战斗部高速侵彻多层硬目标时加速度信号衰减迅速、信号粘连程度降低,实现引信计层准确性的提高。     

反跑道动能弹斜侵彻机场多层跑道的三维数值模拟

应用LS-DYNA有限元仿真软件对反跑道动能侵彻弹斜侵彻机场跑道的过程进行了三维数值模拟。研究了侵彻速度、入射斜角、侵彻弹重心位置以及跑道内介质交界面对侵彻过程的影响。结果表明：侵彻弹弹体质心位置靠前能减少侵彻中弹体的翻转,增加侵彻深度;多层介质界面的存在加速了弹体姿态翻转,侵彻速度越小和斜角越大时其现象越明显,同时改变了弹体过载响应,加剧了侵彻弹壳体应力集中。仿真结果对反跑道动能侵彻弹设计具有参考价值。     

侵彻战斗部引信前后置过载的影响因素

针对侵彻战斗部采用前置或后置引信存在的差异问题,研究了侵彻战斗部引信前后置过载的影响因素。应用ANSYS/LS-DYNA程序建立了战斗部侵彻钢筋混凝土靶仿真模型,计算了侵彻战斗部采用引信前置或后置时引信轴向过载峰值随战斗部结构、侵彻状态、靶标状态等的变化情况,得出引信前置轴向过载峰值大于引信后置轴向过载峰值,且两者比值随着战斗部长径比的增加、侵彻速度和侵彻着角的降低、靶标强度的增加而增大的结论,并推断出同一战斗部中前置引信的轴向抗过载能力需达到后置引信的2倍及以上时可满足实际使用要求。     

冲击载荷下分段式弹动态响应特性的数值模拟

侵彻过程中,弹体的结构冲击响应对过载信号的精确分析产生了干扰.基于ABAQUS软件对利用霍普金森压杆改造的装置为分段式长杆弹提供加速度激励的过程进行数值模拟研究,分析打击杆在不同加载速度下撞击分段式长杆弹可获得的速度、弹体内外部不同部位的加速度时程曲线及弹体内部应变时程曲线等,可为弹体侵彻的实验研究及过载特性的分析提供参考.     

弹药侵彻混凝土过载性能的数值模拟

通过建立弹靶系统,分析侵彻模型及弹体内部炸药所受冲击载荷的动态响应,旨在揭示弹药在侵彻混凝土冲击环境下的过载特性,进而运用ANSYS/LSDYNA模拟软件,采用相应的弹药以及靶板数学模型,对弹药侵彻一定强度混凝土靶板进行了仿真计算,分别得出了弹体与内部炸药的过载曲线.并将弹体的过载曲线与Forrestal模型进行对比,仿真结果表明,弹体过载曲线峰值及总体趋势与该模型吻合较好.而且进一步预测了弹内装药的过载特征,说明模拟结果具有较高的可信度,可为同类弹药侵彻混凝土的过载特性方案设计提供参考.     

侵彻战斗部-引信系统动力学建模与仿真

为揭示侵彻过程中引信电路模块的动态响应机理,将机械振动理论引入侵彻过程理论分析与计算,提出一种简化的侵彻战斗部-引信系统动力学模型。以侵彻战斗部-引信系统的载荷传递关系为基础,基于多自由度弹簧-质量-阻尼系统建立模型的动力学微分方程;通过谐响应分析确定固有频率、阻尼比等动力学参数,并采用数值积分的方法预测不同侵彻工况下的响应特性;从系统幅频响应特性的角度分析响应特性与传统经验公式解有很大差异的原因。与谐响应分析结果、火炮试验实测过载信号的对比分析表明：提出的动力学模型能准确、快速地预测战斗部、引信在侵彻过程中的响应特性;考虑轴向振动后,侵彻战斗部表现出明显的振动放大特性与周期振荡特性,而且是影响引信电路模块响应特性的首要因素。     

弹体斜侵彻多层间隔钢靶的弹道特性

为分析弹体斜侵彻多层间隔靶的弹道特性,开展典型卵形弹体不同入射角侵彻多层间隔钢靶试验和数值模拟研究。利用有限元软件LS-DYNA建立弹体斜侵彻多层间隔钢靶数值仿真模型,分析弹体斜侵彻多层间隔钢靶作用过程,得出弹体入射角、弹体速度、靶体厚度及弹体变形对多层钢靶侵彻弹道特性的影响规律并进行了试验验证。结果表明：弹体入射角越大,侵彻弹道偏转越大;初始速度越大,弹体斜侵彻多层间隔钢靶偏转角度越小,且速度对偏转角的影响幅度随速度增大呈减小趋势;随着靶体厚度增加,弹体斜侵彻多层间隔钢靶弹道由整体向下偏转转变为整体向上偏转;靶体厚度对偏转角的影响幅度随靶体厚度增大呈增大趋势;刚性弹体斜侵彻多层间隔钢靶弹道偏转角度比变形弹小。     

弹药几何因素对过载特性影响的数值分析

采用LS-DYNA有限元软件模拟了载有试件的尖形弹丸正侵彻混凝土靶板的过程。讨论了具有不同几何特点的尖头弹体的过载数学模型。研究了短头锥形和长头卵形弹体侵彻混凝土靶板的冲击过载特性及装药位置对小型装药过载的影响。仿真结果显示:短头锥形弹过载量大于卵形弹,且脉宽较大;位于接近前、后端的装药过载大于位于中间的装药过载。仿真结果与试验相符,为侵彻用弹体的结构设计和小型装药的过载安定性和可靠性评估提供参考。     

多层钢靶板侵彻环境下半导体桥火工品 过载响应仿真研究

为研究多层钢靶板侵彻环境下半导体桥火工品力学过载特性,通过LS-DYNA建立侵彻弹对不同排列状态3层钢靶的侵彻过程仿真模型,分析弹内半导体桥火工品壳体长度、壳体直径和药柱长度变化与靶板排列顺序、靶板间距和侵彻角度等侵彻环境的关系。结果表明:厚靶在两层薄靶中间时火工品轴向过载较小;靶间距为0～1倍弹长时,随着靶板间距增大,火工品轴向过载增大;侵彻角度在0～20°时,随着侵彻角增大,火工品承受过载减小。