展开式定向战斗部展开过程实验研究北大核心CSCD

展开式定向战斗部具有较高的破片利用率,对该类型战斗部的研究有助于提高空空导弹的终端毁伤威力。基于展开式定向战斗部的工作原理和结构,设计加工了原理样机,并将其用于实验。利用高速摄影技术对该战斗部的展开过程进行记录。结果表明,所设计的展开式定向战斗部的原理样机展开过程符合理论预期,增加驱动药的装药量可以有效缩短战斗部的展开时间。另外,外部装药槽中的驱动药多于内部装药槽的加载方式更有利于各主装药的同步展开,还可以有效降低起爆触发系统的设计难度。     

可变形定向破片战斗部在不同展开模式下的性能数值模拟

为使战斗部具有多种定向毁伤模式并实现一定程度上的可控毁伤,提出了一种扇形装药的可变形定向破片战斗部,该战斗部可实现轴向展开和侧向展开2种模式。采用AUTODYN软件进行破片场的数值模拟。首先,基于战斗部单元体分析获得了距离轴心25 mm处的最佳起爆点位置;其次,对整个战斗部进行分析,在轴向展开模式下分析了轴向展开角度对破片飞散速度、破片数目和破片空间分布的影响,发现轴向展开角在60°～75°范围内毁伤效果较佳;最后,在侧向展开模式下分析了整个战斗部的破片速度和破片空间分布情况,结果表明破片具有明显的定向飞散特性。     

聚焦式战斗部破片轴向飞散控制技术

为研究聚焦式战斗部在炸药驱动下破片的轴向飞散特性,提高其轴向杀伤威力,以Shapiro公式为理论指导,对聚焦式战斗部壳体母线进行设计,并对战斗部装药结构进行优化改进。利用LS-DYNA有限元程序及ALE算法对战斗部的爆炸过程进行模拟,以破片轴向分布为指标,对装药结构、壳体母线曲率与破片飞散特性的关系进行了分析。结果表明,"工"字形圆台装药和壳体母线曲率能够有效控制战斗部破片的轴向飞散,并得到了圆台的合理高度。此结果对于深入开展战斗部的破片飞散方向控制及应用研究提供了重要参考。     

战斗部装药冲击损伤及热点形成的数值分析

针对战斗部装药侵彻安定性这一难点问题,通过研究战斗部侵彻过程中内部装药损伤破坏与热点形成的关系,建立了耦合宏观力学变形与微裂纹损伤演化的粘弹性炸药本构关系以及裂纹摩擦生热细观模型。利用建立的数理模型,分析了在侵彻环境下装药内部热点的生成机理,比较不同侵彻环境对热点生成的影响。该战斗部装药侵彻安定性数值模拟方法,可用于战斗部装药的设计及评估。     

爆炸驱动动能杆定向抛撒散布试验

动能反导技术作为新型的反导技术，原理是在拦截弹和目标的相对速度方向上，抛射出大量动能杆条毁伤目标。其核心技术之一就是动能元素的抛撒，特别是定向抛撒。国外研究一般集中针对既定抛撒装置结构的杆条抛撒结果验证性报道，缺乏对杆条抛撒影响因素的详细研究。本文提出了采用周向弧形状药选择区域爆炸驱动中心杆条束定向侧向飞散的动能扦定向抛撒装置方案，设计不同结构参数的杆条定向抛撒装置的试验，研究抛撒结构参数对动能杆的驱动特性影响规律，为新概念反导战斗部设计提供技术帮助。     

大长径比熔铸装药热芯棒凝固工艺优化仿真

为提高大长径比战斗部的熔铸装药质量,采用有限元仿真方法建立了三维装药模型,对熔铸装药过程进行数值模拟。通过分析传统铸装和热芯棒工艺铸装的仿真结果,结合缩孔形成原因和传统热芯棒工艺对装药质量的改善机理,设计出一种多层次优化温度控制的热芯棒,并对改良热芯棒工艺铸装过程进行数值模拟,预测热芯棒改良工艺对装药质量的影响。结果表明:传统热芯棒铸装工艺无法改变药柱径向凝固顺序,在药室宽大处仍然会出现缩孔缩松的疵病,而改良热芯棒工艺通过改善药柱凝固顺序,可以预防缩孔缩松出现,达到了预期要求。     

偏心罩在内嵌馈电结构EFP战斗部中的应用

采用中间馈电布局的毫米波敏感体制末敏弹,需要将部分敏感器件嵌入弹载爆炸成型弹丸(EFP)战斗部的装药内,改变了装药结构并影响了爆轰波的传播,给EFP的成型过程带来了较大的负面影响。为了调整药型罩的壁厚分布,进而对药型罩的压合过程施加影响,设计了偏心药型罩结构并配用于EFP战斗部,以控制药型罩完全向后翻转,使其形成大长径比的成型弹丸。实验中测得的EFP成型及侵彻结果基本符合数值模拟的预期,证明配用偏心布局药型罩的有内嵌结构EFP战斗部,能够得到飞行稳定的大长径比成型弹丸,可以解决敏感器件内嵌给战斗部成型带来的负面影响。     

串联战斗部前级聚能装药和隔爆结构设计与实验研究

 前级聚能装药侵彻技术和两级隔爆技术在串联战斗部的设计研究中占有重要地位。从理论分析、实验研究的手段出发,分析了前级装药的结构设计及前级装药爆炸对后级的影响,设计了两种药型罩结构的聚能装药侵彻混凝土靶实验,以及以多孔铝为隔爆体的隔爆防护实验。实验结果表明,设计的前级装药在混凝土靶上侵彻出了深度为8.2倍、孔径为0.4～0.6倍装药口径的孔洞;所采用的多孔铝隔爆结构有效地防护了二级弹体的破坏。实验效果比较理想。     

发射载荷下温压战斗部装药内的瞬时间隙

 发射载荷下战斗部的安全性理论是武器研究领域中的重要课题。通过发射过载数值模拟、力学分析,对温压药剂在发射过载条件下的响应规律进行了探索,为温压药剂应用于过载发射武器平台奠定理论基础。研究结果表明,发射载荷在战斗部底部和中部装药内产生的应力以压缩为主,由于战斗部壳体与温压装药的物理力学特性参数相差很大,壳体内的波速远大于温压装药的波速,因此在装药与壳体顶部的分界面处可能出现瞬时间隙,成为发射过程中出现早炸的“危险源”。     

椭圆截面战斗部爆炸驱动破片作用过程的数值模拟

为研究爆轰驱动下椭圆截面自然破片杀伤战斗部壳体的膨胀破裂过程以及壳体破片径向速度分布,建立了椭圆截面战斗部三维模型。通过AUTODYN-3D软件,采用Lagrange算法模拟爆轰驱动下椭圆截面自然破片战斗部壳体的膨胀断裂过程,研究了端面单点中心起爆方式下短长轴断裂时间差与短长轴比的关系,以及不同起爆点、不同短长轴比和不同装填比(即装药与壳体质量之比)对椭圆截面战斗部径向破片速度分布的影响。结果表明:与端面中心单点起爆、端面长轴双点偏心起爆和端面短长轴四点偏心起爆相比,端面短轴双点偏心起爆方式对椭圆截面战斗部壳体破片径向速度的增益效果最好。装填比一定时,短、长轴断裂时间以及短、长轴断裂时间差与短长轴比呈线性关系,战斗部壳体膨胀过程中截面形状的实时短长轴比与加载时间呈线性关系;随着短长轴比的增大,战斗部壳体破片径向速度增益逐渐减小。短长轴比一定,装填比小于1时,破片速度随方位角增大呈正弦趋势上升,且短、长轴方向破片速度差与装填比呈线性关系。     

基于红外上转换原理的MCP-PMT位敏探测器组件研究

针对工作波长为1 064 nm、脉冲宽度为10～20 ns的低占空比激光定向工程应用背景,提出了一种基于电子俘获材料红外上转换、S20光电阴极光电转换,双微通道板电子倍增、四阳极板接收的新型光电倍增管位敏探测器组件新方案.分析和研究了探测器组件原理样机研制过程中的高效能、短余辉红外上转换材料的优化选取、高性能组合光电阴极的设计和制作等关键技术,对原理样机进行了主要性能测试,取得了有效测试数据.对原理样机中存在的技术问题和改进途径进行了分析.     

基于红外上转换原理的MCP—PMT位敏探测器组件研究

针对工作波长为1064nm、脉冲宽度为10～20ns的低占空比激光定向工程应用背景,提出了一种基于电子俘获材料红外上转换、S20光电阴极光电转换,双微通道板电子倍增、四阳极板接收的新型光电倍增管位敏探测器组件新方案．分析和研究了探测器组件原理样机研制过程中的高效能、短余辉红外上转换材料的优化选取、高性能组合光电阴极的设计和制作等关键技术,对原理样机进行了主要性能测试,取得了有效测试数据．对原理样机中存在的技术问题和改进途径进行了分析．     

发射过程中混合燃料应力状态的数值分析

 炸药装药在发射条件下的安全性问题已成为高能量炸药应用的一个技术障碍,引起了各国的广泛重视。燃料空气炸药（FAE）战斗部是近年来倍受国内外关注的新概念武器。目前关于FAE装药的发射安全性特别是高过载环境下的发射安全性研究还不系统、不够深入,也没有给予足够的重视。运用爆炸力学程序Object MMIC程序分析了FAE战斗部发射过程中的应力和应力率变化规律。分析结果表明,FAE战斗部发射过程中受到的应力和应力率不同于传统的发射过程,因此,有必要建立适用于FAE武器的全新的发射安全性理论。这些研究对提高FAE战斗部发射安全性提供了依据。     

切割式双模战斗部毁伤元成型及侵彻钢靶特性研究

 基于60 mm弧锥结合罩爆炸成型弹丸（EFP）装药,设计了一种在药型罩前适当位置安装可抛掷的十字形网栅的切割式双模战斗部结构,其具有生成单个EFP或者多爆炸成型弹丸（MEFP）的功能;根据目标属性,可选择性地改变战斗部的毁伤元成型模式,实施最有效的打击。利用LS-DYNA程序,对两种模式毁伤元成型及侵彻45钢靶过程特性进行了数值模拟,模拟结果与地面静爆实验结果吻合较好。研究表明,该战斗部形成的单个EFP能贯穿25 mm厚45钢靶,可有效打击重装甲目标;经网栅切割后能形成5片具有一定质量和方向性、可贯穿6 mm厚45钢靶的EFP破片,显著提高了对轻装甲目标的毁伤概率。     

柱状装药预制破片缩比战斗部爆炸冲击波和破片的作用时序

针对柱状装药的周向预制破片战斗部,结合无量纲分析方法和爆炸驱动理论,确定了影响破片和冲击波相遇位置的关键参数,给出了由缩比战斗部推广预测原型战斗部爆炸产生的破片冲击波作用时序的方法。采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行数值模拟,对比验证了理论分析和数值试验结果,分析了战斗部缩比比例对冲击波和破片作用时序的影响。结果表明:缩比模型与原型战斗部爆炸产生的破片和冲击波的相遇位置之比和相遇时间之比主要取决于两模型的质量比,在不考虑破片速度衰减时,两模型中载荷相遇位置之比和相遇时间之比等于其质量比的0.33次方。受破片速度衰减影响,该方法仅适用于质量缩比不小于0.2的模型。     

爆炸作用驱动液体抛撒初始阶段数值仿真

 针对灭火战斗部引战配合设计,研究爆炸作用驱动液体（水基灭火剂）抛撒初始阶段的特性。依据典型灭火战斗部的结构建立数值仿真模型,采用LS-DYNA软件进行仿真计算,分别获得了加载系数（驱动装药与液体的质量比）对壳体破裂时间和壳体破裂初期液体/空气界面运动速度的影响规律,以及液体/空气界面后续的运动特性。进行了同条件下爆炸驱动水基灭火剂抛撒实验,得到了不同加载系数条件下壳体破裂初期液体/空气界面的运动速度。实验结果与数值仿真结果吻合良好,表明所采用的数值仿真方法具有正确性和有效性,对相关问题的研究具有重要参考价值。     

带舱大型战斗部跌落响应数值分析

采用ANSYS/LS-DYNA动力学仿真软件模拟战斗部跌落试验,基于材料本构模型对战斗部跌落安全性进行预测,得到了不同状态下战斗部跌落的结构变形和装药响应数据。结果表明:带舱战斗部45°倾斜跌落时,壳体和主装药受到的应力和过载均最小,但舱体变形最严重;战斗部大端向下垂直跌落时,壳体受到的应力较小,但炸药受到的应力和过载均最大,工况最恶劣。研究结论为带舱大型战斗部的跌落考核试验提供了指导。     

可变形战斗部弹体变形型面研究

基于炸药瞬时爆轰理论,将战斗部变形阶段的结构简化为辅助装药,对等效圆柱壳体实施爆轰加载,并在等效壳体上的加载段引入若干个塑性铰,相应地将辅助装药划分成与塑性铰相对应的若干个独立微元。针对均匀加载下等效壳体的原始位移分布,采用具有能量分布梯度的辅助装药加载进行匹配,设计出能实现D型型面的辅助装药形状,最后通过数值模拟进行验证。结果表明,采用该形状的辅助装药能实现较理想的D型弹体变形型面。     

开设彩色照相实验的几点经验

为使学生更深入的掌握照相实验原理和洗印过程,使实验内容反映现代洗印技术,在利用现有通用器材基础上,自制几件简易设备,开出了彩色照相实验.经过两个班的学生实验,证明效果良好,深受学生欢迎. 彩色照片冲洗槽如图所示,是用有机玻璃和塑料板粘成的.由一能容30公升水的恒温水槽和三个装药的小冲洗槽等组成.由小电动机驱动,用塑料板粘制的离心水泵促进液体循环,以保证冲洗槽温度均匀.     

利用前沿推进法计算复杂炸药结构的起爆时间

在各种工程定向爆破技术和爆轰数值模拟中,有时需要预先知道从起爆位置到装药内部某位置的起爆时间。为此,基于惠更斯原理,将网格生成前沿推进法的思想引入炸药爆轰计算中,给出了一种从炸药起爆位置到装药内部任意位置起爆时间的计算方法,通过几个数值算例验证了其有效性。该计算方法的特点是对于任何复杂装药结构均可给出从起爆位置到装药内部任意位置的起爆时间。