单级磁阻型线圈发射器能量转换效率研究

对单级磁阻型线圈发射器进行了理论分析,利用电磁场有限元计算与外电路相结合的方法,分析了电参数、弹头形状及初始触发位置对单级磁阻型线圈发射器能量转换效率的影响.结果表明:能量转换效率随电压和电容的增大而增大;存在最佳的弹头形状及弹丸初始触发位置,使能量转换效率达到最佳.     

驱动线圈匝数对磁阻发射器效率的影响分析

为研究驱动线圈匝数对磁阻发射器效率的影响,首先理论分析电磁力随着驱动线圈匝数的变化趋势,然后基于有限元软件构建磁阻发射器的仿真模型,分析不同匝数下弹丸受到的电磁力和炮口速度,并在驱动线圈为220匝时,得到最大发射效率为13.02%.研究表明,随着驱动线圈匝数的增大,弹丸受到的电磁加速力和电磁制动力都会增大;对于磁阻发射器,存在最佳的驱动线圈匝数,可使磁阻发射器获得最大的发射效率.     

电容器驱动型与电池驱动型磁阻发射器的仿真对比分析

利用Ansoft Maxwell电磁场仿真软件,对单级电容器与电池型磁阻发射器进行仿真对比.仿真结果表明:电容器驱动型磁阻发射器加速弹丸较快,电池驱动型磁阻发射器理论射速较快,两者的涡流损耗处于同一个级别.在相同的加速距离和出口动能下,电池驱动型磁阻发射器能量转换效率高.     

单级磁阻型线圈发射器放电模型仿真分析

给出了采用电容器作为能源的3种单级磁阻型线圈发射器放电模型,利用电磁场有限元仿真软件Ansoft进行仿真,分析了3种放电模型的优缺点:SCR放电模型简单,但放电结束不可控,能量转换效率较低,速度存在一个回落的过程,出口速度较低;IGBT半桥式放电模型充分利用了电能,能量转换效率高,出口速度最大,但结构较为复杂,相对占用体积最大;IGBT衰减式结构简单,能量转换效率较高,出口速度也较高.结果表明:IGBT衰减式放电模型具有较好的优势.分析结果为今后线圈发射器的设计提供了参考依据.     

磁阻发射器电磁制动力抑制方法

分析了磁阻发射器系统组成和工作原理;基于有限元软件,构建了磁阻发射器的仿真模型。对比分析了断路法和限流电阻法对削弱电磁制动力、提高弹丸出口速度的效果;通过仿真和试验研究了不同限流电阻对弹丸速度的影响。研究结果表明:断路法和限流电阻法均可削弱弹丸受到的电磁制动力,从而提高弹丸出口速度,但前者会产生很大的反向电动势,对驱动线圈绝缘强度产生影响;此外,限流电阻不是越大越好,当其达到临界值时,继续增大电阻,弹丸速度不再变化。     

多级电磁线圈发射器时序触发策略研究

为优化多级同步感应线圈电磁发射器(SICEML)性能,以提高发射速度和能量转换效率为检验指标,以影响上述指标的触发时序为优化对象,采用遗传算法建立了单级同步感应线圈型电磁发射器触发位置优化数学模型,计算出了最佳触发位置,通过数值和有限元两种仿真系统对优化结果的正确性进行了验证；采用该方法对两级以及10级同步感应线圈型电磁发射器的触发时序进行了优化研究,并进行了仿真验证；为解决了仿真系统误差的问题,提出采用动子线圈在各级的触发位置和速度作为控制因素的双控触发方式,并研究分析了仿真过程中触发开关的随机抖动对出口速度误差的影响。     

多级电磁线圈发射器时序触发控制策略

为优化多级同步感应线圈电磁发射器性能,以提高发射速度和能量转换效率为检验指标,以影响上述指标的触发时序为优化对象,采用遗传算法建立单级同步感应线圈型电磁发射器触发位置优化数学模型,计算最佳触发位置,通过数值和有限元两种仿真系统对优化结果的正确性进行验证。采用该方法对两级以及十级同步感应线圈型电磁发射器的触发时序进行优化研究,并进行仿真验证。为解决仿真系统误差问题,提出采用动子线圈在各级的触发位置和速度作为控制因素的双控触发方式,并研究分析仿真过程中触发开关的随机抖动对出口速度误差的影响,得到最佳触发时序控制策略。     

电磁发射弹丸飞行弹道仿真

针对电磁发射弹丸飞行弹道进行仿真研究，在建立刚体六自由度飞行弹道模型的基础上，采用时频分析和涡流分析方法，建立电磁-动力学耦合模型分析弹丸出膛时由于膛内振动带来的炮口扰动，采用动网格技术建立电磁-气动耦合模型分析弹托分离产生的气动扰动，从而得到了电磁发射弹丸的飞行弹道模型。以得克萨斯大学先进技术研究所设计的IAT-HVP为例，仿真分析了弹丸以1117 m/s初速、0°射角出膛时弹丸出口扰动对弹体速度和气动特性的影响，并得到其飞行200 m的弹道曲线。仿真结果表明，受电磁发射一体化弹丸出口扰动的影响，弹体落点相比理想弹道产生了24%的偏差，其中炮口扰动引起的偏差最大，其次是弹托分离。     

5级同步感应线圈发射试验装置及控制系统研究

基于同步感应线圈发射原理设计制作了5级电磁线圈发射试验装置,该装置采用光电传感器实时检测弹丸的位置,并将该位置信号反馈给控制系统触发双向可控硅闭合,使脉冲电容器对该级线圈放电。通过试验,给出了单级线圈的弹丸速度和触发位置的关系以及电压和级数对弹丸发射速度的影响。     

舰载导弹线圈发射器模型工作过程仿真

为了克服传统舰载导弹垂直发射器的弊端,提出了一种新型舰载导弹发射器模型,阐述了该模型的基本组成和工作原理,建立了发射器工作过程的数学模型,以三级发射器为例对其工作过程进行了动态仿真,得到了发射器工作过程中放电回路中的电流、发射组件所受电磁力、速度及位移等参数随时间的变化规律.对比分析了通过改变系统储能和发射线圈级数对系统工作特性的影响.结果表明:弹射线圈较驱动线圈具有更好的加速能力;发射组件的速度对其所受的电磁力有较大影响,随着速度的增加,发射组件所受电磁力减小;适当改变系统储能和发射线圈的级数可以实现导弹的垂直发射.     

提高多管火箭炮发射火力密度研究

为了提高某多管火箭炮火力密度,提出采用两管对称齐射的方法缩短发射时间,减少火箭弹初始扰动的方案。建立多管火箭炮多体动力学模型,根据发射顺序的基本编制原则和考虑火箭炮采用两枚弹同时发射的影响因素拟定射序,对整个发射过程进行仿真,得到火箭初始扰动计算的火箭炮动态特性数据。经与原单发发射时对比,有效提高发射火力密度,并且也有利于提高火箭射击密集度。     

钢管在冲击荷载作用下的变形与失效破坏

为研究钢管在弹体侵彻过程中的变形特点,基于ANSYS/LS-DYNA软件,采用Johnson-Cook模型,模拟了半球形弹体以不同速度正向冲击钢管时的非线性动力响应情况。结果表明：弹体速度越小,钢管的抗侵彻性能越好;弹体速度越接近临界破坏速度,钢管降低弹体速度的能力就越明显;弹体冲击钢管时,钢管上表面比下表面更容易产生大变形,消耗更多的弹体动能,并在抗侵彻过程中伴有局部凹陷、蝶形变形和贯穿现象。实验结果可为圆柱壳结构钢管在冲击荷载作用下的耗能分析提供参考。     

防暴发射器身管长度优化研究

为解决某型防暴发射器身管设计不合理导致有效射程短的问题,以仿真设计的方法,运用Matlab计算软件对其进行了内弹道模拟仿真,获得了不同身管长度下该防暴发射器的膛压和速度曲线,确定了最优身管长度。然后利用ANsYs有限元分析软件,对延长身管后的模型进行了强度校核。仿真结果和实弹数据表明：防暴发射器身管长度设计合理,有效提高了其实际射程和作战效能,研究工作优化了防暴发射器的设计。     

线膛火炮身管剩余寿命的神经网络模型研究

利用前馈式人工神经网络方法,根据试验数据,建立了某火炮身管剩余寿命(RL)模型;并用该模型研究了各特征截面内径改变量对弹丸初速改变量的影响,以及弹丸初速改变量与总内径改变量间的关系。     

Long-rod penetration: the transition zone between rigid and hydrodynamic penetration modes

Long-rod penetration in a wide range of velocity means that the initial impact velocity varies in a range from tens of meters per second to several kilometers per second. The long rods maintain rigid state when the impact velocity is low, the nose of rod deforms and even is blunted when the velocity gets higher, and the nose erodes and fails to lead to the consumption of long projectile when the velocity is very high due to instantaneous high pressure. That is, from low velocity to high velocity, the projectile undergoes rigid rods, deforming non-erosive rods, and erosive rods. Because of the complicated changes of the projectile, no well-established theoretical model and numerical simulation have been used to study the transition zone. Based on the analysis of penetration behavior in the transition zone, a phenomenological model to describe target resistance and a formula to calculate penetration depth in transition zone are proposed, and a method to obtain the boundary velocity of transition zone is determined. A combined theoretical analysis model for three response regions is built by analyzing the characteristics in these regions. The penetration depth predicted by this combined model is in good agreement with experimental result.     

加筋板架抗动能穿甲的等效防护厚度研究

为研究舰船舷侧结构抗穿甲性能,采用有限元分析了两种典型工况下板架的穿甲破坏模式、弹体的剩余速度和板架的变形吸能规律,提出了基于剪切冲塞模式的剩余速度理论计算模型,比较了不同等效计算方法得到的结果,并将理论计算结果分别与相关文献的实验结果和本文的有限元计算结果进行了比较,两者之间均吻合较好。结果表明,加强筋对板架的抗穿甲性能影响较大,而板架的实际等效厚度是决定其抗穿甲性能的主要因素;不同的等效计算方法与模型相对尺寸、弹体冲击速度以及命中位置有关,对于弹体直径相对较大且初始冲击速度较高时,不同的等效计算方法得到的结果基本一致。     

旋成体射弹倾斜入水运动仿真

为了研究运动参数和弹头外形对弹体斜入水过程的影响规律,采用气液两相流体积分数和水汽空化模型,通过嵌套网格实现刚体三自由度运动学和动力学耦合,模拟了弹体以80～100 m/s速度倾斜入水开空泡阶段的运动过程。经文献实验验证,入水弹体速度与位移的误差为0～6%和-8%～0,转动角度误差为-6%～0。通过对入水速度和入水角度的多工况模拟研究,发现入水速度增大,弹体轴向冲击载荷增大,最大载荷与速度的平方呈线性关系,弹体速度非线性衰减率大;入水角增大,弹体转动角速率减小,运动稳定性强,速度衰减率不受入水角影响。与圆锥头部弹体相比,采用头部阶梯状修型后的弹体的平均速度衰减率、转动角速率和最大轴向冲击载荷分别降低到66.7%、40%和77.2%,显著提高了运动稳定性。     

Interface defeat studies of long-rod projectile impacting on ceramic targets

The interface defeat phenomenon always occurs when a long-rod projectile impacting on the ceramic target with certain velocity, i.e., the projectile is forced to flow radially on the surface of ceramic plates for a period of time without significant penetration. Interface defeat has a direct effect upon the ballistic performance of the armor piercing projectile, which is studied numerically and theoretically at present. Firstly, by modeling the projectiles and ceramic targets with the SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) particles and Lagrange finite elements, the systematic numerical simulations on interface defeat are performed with the commercial finite element program AUTODYN. Three different responses, i.e., complete interface defeat, dwell and direct penetration, are reproduced in different types of ceramic targets (bare, buffered, radially confined and oblique). Furthermore, by adopting the validated numerical algorithms, constitutive models and the corresponding material parameters, the influences of projectile (material, diameter, nose shape), constitutive models of ceramic (JH-1 and JH-2 models), buffer and cover plate (thickness, constraints, material), as well as the prestress acted on the target (radial and hydrostatic) on the interface defeat (transition velocity and dwell time) are systematically investigated. Finally, based on the energy conservation approach and taking the strain rate effect of ceramic material into account, a modified model for predicting the upper limit of transition velocity is proposed and validated. The present work and derived conclusions can provide helpful reference for the design and optimization of both the long-rod projectile and ceramic armor.