高速射弹超空泡的形态特性

为了掌握高速射弹超空泡的形态特性,利用某口径火炮进行了射击试验,射弹最大初速达900m/s。获得了射弹超空泡形态的高速影像;分析了射弹超空泡形态演变过程及超空泡形态参量(长度、直径、长细比等)随空化数变化的规律。研究结果表明:空泡直径变化分为快速扩张阶段、缓变阶段和快速收缩阶段,三个阶段耗时比约为7∶12∶6;空泡的扩张过程与收缩过程耗时比约为2∶1;空泡无量纲长度、无量纲直径和长细比均随着空化数的增大而减小。     

不同角度对超空泡射弹入水过程的影响

基于Fluent软件中的6DOF动网格和重叠网格技术对超空泡射弹不同角度入水进行数值模拟仿真,研究了射弹入水角度对射弹的超空泡特性影响。仿真结果表明：射弹两侧空泡形态不对称,与左侧空泡相比,右侧空泡尺寸较小;射弹入水以后,入水角为15°时,偏航角、滚转角的波动范围更小,相对入水角为5°时,其入水稳定性更好;入水角度对射弹流动稳定阶段的滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩影响非常小,且入水后俯仰力矩处于持续增加状态。     

超空泡射弹反鱼雷武器系统射击效能分析

针对水面舰艇末端拦截鱼雷的作战需求,在提出舰载超空泡射弹反鱼雷武器系统构成和典型作战想定的基础上,计算分析了声纳不同探测性能和来袭鱼雷不同攻击态势情况下系统对来袭鱼雷的命中概率,提出了对系统中鱼雷定位声纳的主要性能要求,可为舰载超空泡射弹反鱼雷武器系统及声纳的论证与研制提供技术支持。     

细长锥型射弹不可压缩超空泡流的数值计算方法

假定理想不可压缩流体呈无旋定常流动、起空泡尾部Riabushinsky为闭合方式,基于水动力学势漉理论及细长体理论.建立了描述水下细长锥型射弹超空泡流动的积分微分方程.谊方法发展了求解谊类方程的数值离散方法,提出了多种超空泡外形初值解.分析了它们对超空泡形态计算结果的影响,优化了计算过程,简化了初始遮代条件.计算得到的超空泡流动参数与相关文献的理论和实验结果吻合良好.     

超空泡射弹动力学建模与仿真

射弹高速运动时产生的尾部开式超空泡将改变弹体受力形式及运动稳定性。针对超空泡射弹的特殊运动模式,考虑弹体与空泡壁面的相互作用,建立了射弹动力学模型,提出了数值仿真耦合算法,给出了不同初速下的弹道仿真算例,并计算了射弹尾拍力。结果分析表明,射弹速度随时间呈指数形式衰减,弹体姿态角、角速度及尾拍力周期性往复变化,同时尾拍力随着空泡尺度缩小而减小。较小的初速度使尾拍力提前出现。研究方法与结果为开展射弹结构及弹道散布研究提供理论基础与研究手段。     

舰载超空泡射弹反鱼雷武器系统发展构想

介绍了国外超空泡射弹武器的发展现状,分析了将超空泡射弹武器应用于水面舰艇水下防御领域的作战需求,提出了舰载超空泡射弹反鱼雷武器系统的组成方案,分析了武器系统及各组成设备的关键技术、系统作战流程,展望了系统应用前景。     

长杆射弹侵彻三种混凝土靶的实验研究

为了研究钻地武器的侵彻性能,在57mm口径的气炮上发射长杆射弹对三种靶体进行模拟侵彻实验。靶体为水泥砂浆石靶、钢纤维混凝土靶和含单层密排刚玉球的钢纤维混凝土靶。实验结果表明,弹头形状对侵彻深度有明显影响;当长杆射弹和撞击速度都相同时,与侵彻钢纤维混凝土靶相比,含单层密排刚玉球的钢纤维混凝土靶中的侵彻深度大约降低了11%,而水泥砂浆石靶中的侵彻深度增加了12%。     

破片侵彻多层间隔铝靶的试验及数值模拟研究

对破片侵彻多层间隔铝靶进行了试验和数值模拟研究,获得了破片在不同速度、不同侵彻角时破片的侵彻深度,在此基础上利用拟合的方式建立了计算公式,并将数值模拟结果和计算公式的计算结果进行了对比,结果表明两者吻合较好,所建立的计算公式可靠。     

高危鱼雷威胁与超空泡射弹拦截技术

现代海军水面舰艇一般都装备有多种反舰导弹防御武器系统,包括软杀伤系统和硬杀伤系统,对己方舰艇有较大的安全保障。水面舰艇和水下潜艇却缺少非常可靠的反鱼雷武器进行自卫,加之高威胁、高速鱼雷及其战斗部装药等技术的发展,使得鱼雷给海军舰艇构成的威胁越来越大。采用现代尖端技术的鱼雷攻击性强,防御难度大,使得现役海军舰艇缺乏有效的自卫措施这一问题显得非常突出。如果攻击方使用它们发动攻击,防守方将面临极为严峻的情况,防守方的舰艇上几乎没有一种绝对可靠的现役反鱼雷拦截武器,特别是在对付航速超过200节的超空泡鱼雷的攻击方面令人担忧。所以,为海军舰艇研制出新型超空泡射弹及其火炮武器系统来与之抗衡迫在眉睫。我们认为有必要对攻击性鱼雷的基本特性进行分析,进而探讨防御鱼雷攻击的超空泡射弹技术及其火炮系统的发展。     

头部凸起对水中射弹运动及空泡形态特性的影响

为给超空泡射弹的头锥和外形设计提供理论支撑,基于k-ε Realizable湍流和Mixture多相流模型,耦合六自由度刚体运动方程,模拟了水中高速射弹的运动过程,对比了不同头锥参数下射弹的空泡形态和运动特性,发现适当的局部凸起可以增大超空泡包裹范围和稳定性,减小射弹沾湿面积和阻力,从而增大射弹的航行距离。射弹航行距离随着凸起高度的减少而显著增加,当H=0 mm时,航行距离最远,具有最好的增程效果。在H=0 mm的条件下,当凸起位置与头部距离l_R=22.5 mm时,射弹具有最大航行距离和较好的超空泡稳定形态,相较无凸起射弹,在相同时刻对比航行距离提高17%。     

入水参数对弹塑性射弹入水影响的数值仿真

对斜切角15°、直径12.7 mm的弹塑性钢制射弹,在入水速度300～450 m/s,入水角度60°～75°的条件下的入水运动进行仿真研究,获得入水角度和入水速度对弹塑性射弹入水转向影响特征,发现在入射角一定的情况下弹塑性射弹入射速度越大,射弹转向能力越高,弹道稳定性越稳定,可为高速跨介质运动相关研究提供参考.     

超空泡武器技术

2000年8月,俄罗斯最先进的“奥斯卡Ⅱ”级“库尔斯克”号核潜艇在演习时发生神秘爆炸,沉没于巴伦支海海底。有一种传闻说,致使潜艇沉没的爆炸与一种超声速鱼雷的试验有关。今年初,美国商人埃德蒙·波普在莫斯科因涉嫌从事间谍活动被逮捕。据说被捕原因是他刺探并购买一种超声速鱼雷的情报。各种迹象表明,这两起扑朔迷离的事件都涉及到一项高度机密的尖端武器技术——     

考虑压缩性影响的超空泡流动数值计算

为了研究水下航行体航速接近水中声速时水的可压缩性对超空泡外形的影响,采用理想可压缩流体定常流动以及Riabouchinsky空化封闭模型,基于势流理论和有限体积方法,对绕圆盘空化器的超空泡流动进行了数值计算.计算时考虑到水的压缩性,水的状态方程采用Tait幂次率.提出了一种新的超空泡外形迭代方法并分析了流体压缩性对超空泡外形和其他流动参数的影响,结果表明:随着马赫数的增加,超空泡外形从“椭球形”变成“锥形”,阻力系数也随之增大.将计算结果与相关文献的计算和试验结果进行比较,证明了该计算方法的有效性.     

钨杆超高速侵彻混凝土靶侵彻深度研究

为探究钨杆超高速侵彻混凝土靶的侵彻深度随弹体初速的变化规律,利用125 mm火炮开展钨合金杆弹侵彻混凝土试验,验证了数值模拟的合理性。利用LS-DYNA有限元软件,对超高速侵彻过程进行数值模拟,结合数值模拟结果进一步分析超高速侵彻过程。研究结果表明：(1) 0.2～1.6 km/s速度范围内,弹体质量侵蚀率与弹体初始动能呈线性关系;(2)侵彻深度随弹体初速增加呈现先增加后减小现象,在初速1.2 km/s附近存在侵深最大值约80倍弹径,超高速条件下侵彻深度对于中低速侵彻并无优势;(3)随着侵彻速度的增加,流体侵彻阶段的侵深变化不大,而刚体侵彻阶段大幅度降低,使总侵深大幅降低,导致总体侵深曲线呈现先增大后减小的趋势。     

球形头部弹丸侵彻运动靶板的数值模拟

为研究球形头部弹丸高速侵彻运动靶板的侵彻规律,运用LS-DYNA动力分析软件仿真研究了不同条件下球形头部弹丸对靶板的正侵彻效应,获得了运动靶板厚度、材料和弹丸着速3种参数对侵彻过程中弹丸弹道偏移、翻转角度和剩余速度的响应规律。结果表明,随着着速的提高,弹丸翻转幅度和弹道偏移量逐渐减小;随着靶板厚度的增加,弹丸正向翻转角度和轴向剩余速度显著减小,而弹道偏移量增大;3种材料运动靶板中,4340钢靶对弹丸弹道偏移、翻转角度和剩余速度的影响最大,Weldox460钢次之,LY12铝最小。     

超空泡鱼雷有关流体动力分析

针对从理论上难以解析计算超空泡鱼雷流体动力的问题,阐述了一种超空泡鱼雷流体动力数值计算的简单而有效的方法,该算法具有计算量小、执行速度快的特点,数值计算的结果与试验结论吻合.同时,对超空泡高速鱼雷的有关控制力问题进行了分析.     

空泡形态的公式计算与CFD仿真

射弹在水下带空泡高速运动,实验研究存在诸多限制.因此应用两种方法对水下高速射弹的空泡形态及阻力系数进行了对比研究:一是应用CFD仿真软件进行仿真研究;二是应用基于空泡截面独立扩张原理建立的公式进行理论分析.研究表明:仿真计算结果与公式计算结果吻合很好.在小空化数下,空泡前部形状基本不变,随着空化数的减小,空泡的相对长度、相对直径和长细比都在增大.研究结果可为射弹的设计提供有益的参考.