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。     

弹体入水弹道研究综述

描述了弹体入水过程4个阶段撞击、流动形成、开空泡、空泡闭合的基本特征．分别讨论了弹体形状、入水角、入水速度、攻角、初始角速度和水域环境对入水弹道的影响．综述了弹体入水弹道的实验与理论研究概况,提出了有待进一步研究的工作．     

旋转弹体高速入水水中弹道的模拟方法

针对旋转弹体高速入水特点,从弹体运动的动力学方程和相似理论出发,提出了模拟旋转弹体高速入水水中弹道的马赫相似实验方案.该方案在大气环境条件下,能够实现原型和模型两系统的主要相似准数相等.     

柱体大攻角入水弹道建模与仿真

基于CFD计算获得了柱体大攻角入水过程流体动力特性,进而建立了大攻角入水弹道模型,使用流场-弹道耦合计算结果验证了模型的适用性和精度,然后仿真分析了入水攻角和速度对入水弹道的影响规律。该模型能较准确地预测柱体大攻角入水弹道,对研究发射平台安全性问题和空投鱼雷等入水攻击性武器的入水弹道预测问题等有较强的指导意义。     

非圆截面弹体斜侵彻薄靶的动态载荷特性研究

为研究非圆截面弹体斜侵彻薄靶的动态载荷特征,利用有限元软件LS-DYNA开展了圆、椭圆和非对称椭圆截面弹体在800 m/s速度下侵彻钢板的数值模拟研究,分析了着角、攻角和弹靶结构参数对弹体所受动态载荷的影响规律。结果表明：正侵彻时,3种截面弹体受到的轴向冲击载荷基本相似,但非对称椭圆弹体还会在头部和尾部过靶时分别受到横向冲击载荷作用;仅存在着角时,3种弹体的侵彻过程均可分为弹头触靶、弹头穿靶和弹身过靶3个阶段,其中弹身过靶阶段会受到持续载荷作用,弹头和弹尾过靶时也会出现两次横向载荷峰值;正着角条件下,攻角越大轴向载荷越大。攻角为正时,横向载荷首先减小然后反向增大,且缩短了侵彻持续时间;负攻角则加强了着角对载荷的影响,并增加了侵彻时间;截面不对称度大于1时,正着角的影响得到强化。此外,弹体载荷随靶厚的增大而增大,而弹体不对称度和长径比对其动态载荷的影响相对较小。     

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.     

波浪环境下应急救援艇入水砰击的运动特性研究

基于5阶Stokes波理论,采用速度入口造波法与阻尼消波法,建立效果良好的3维波浪数值水池。研究波浪参数对救援艇入水过程产生的影响,研究结果表明：救援艇垂直入波浪水面时,相对波浪的方位对入水砰击载荷产生的影响大,垂直于波浪入水各相位的砰击载荷均小于静水面;平行于波浪入水,各相位中仅波谷位置入水的砰击载荷小于静水面,平衡位置(下行速度)处的砰击载荷最大,约为静水面情况的1.375倍,随着海况等级的增大,波浪对救援艇入水过程的扰动加剧,砰击载荷增大。救援艇具有水平速度以倾斜姿态入波浪水面时,相比于波浪的传播方向,入水相位对救援艇的砰击载荷产生的影响大,随着海况等级的增加,救援艇各方向的砰击载荷增大,入水过程俯仰角的变化幅值逐渐减小。     

旋转弹体入水弹道的计算方法

借助已有的实验资料与经验 ,给出了弹体入水空泡的数学模型 ;分析了旋转弹体与空泡壁相互作用引起的弹体上的流体动力特性 ,提出了一种预测旋转弹体入水弹道的计算方法     

尾流模拟火箭弹空中弹道对模拟尾流生成区域的影响

为了研究尾流模拟火箭弹的空中弹道特性对模拟尾流区域的影响,建立火箭弹质点外弹道模型、阻力板和发动机空间运动微分方程以及连接绳的受力模型,得到火箭弹无控飞行、空中转向、空中分离至爆索展开入水全过程的空间运动微分方程。对尾流模拟火箭弹全程弹道进行仿真分析,着重分析不同初始射击诸元对爆索空中弹道的影响,探究初始发射角、脉冲发动机的喷管数量、点火时间以及火箭弹空中分离时间对模拟尾流生成区域的影响。仿真结果表明：初始发射角为15°时火箭弹射程和最大射高相对比较合理;火箭弹空中转向角度依赖于脉冲发动机总冲量,与点火时刻无关;空中分离时刻对爆索入水发泡区域影响不太明显,在满足转向要求和发泡区域要求的情况下应该尽早完成空中转向和分离。     

复杂外形导弹带空泡出水动力学特性研究

首先对潜射导弹出水过程进行动力学和运动学建模,随后基于Zwart-Gerber-Belamri空化模型,对带空泡的潜射导弹水动力学特性进行了数值计算研究。最后,依据以上动力学和运动学模型,对波浪扰动作用下,潜射导弹带空泡出水弹道及弹体姿态进行了数值仿真。结果显示,零攻角出水时,导弹轴向力系数随弹体空化扩大显著增加,压心后移;有攻角出水时,弹体法向力系数增量随攻角增加呈现先增大后减小的趋势。空化使潜射导弹出水速度降低约10%,出水时间延长约12%,导弹受波浪扰动程度增加约6%~7%。     

金属靶体材料动力硬度测试及动态阻力分析

以高速侵彻下45钢靶体侵彻阻力为研究对象,开展了弹体高速侵彻45钢靶体试验,获取了典型弹体对45钢靶体的成坑参数。基于高速侵彻阻力模型对靶体侵彻阻力及影响因素进行分析。结合流体动力学侵彻模型对不同弹体材料侵彻45钢靶体侵彻深度规律进行研究。研究结果表明:随着撞击速度的增大,45钢的靶体阻力从5. 13 GPa减小到3. 7 GPa;基于材料动力硬度测试方法的靶体动态阻力测试结果和理论计算结果吻合较好;随着靶体动态屈服强度的增大,靶体阻力呈线性增大的趋势;侵彻深度及靶体动态阻力理论计算结果和试验数据吻合较好,说明所提动态阻力确定方法可行,可为高速侵彻动力学研究提供参考。     

内埋武器机弹分离动态风洞投放试验研究

基于动力学相似的动态风洞投放试验研究了尖拱圆柱体从空腔中分离的气动及运动特性,并创新性地采用快响应压敏漆技术对动态运动模型表面上的压力分布测量进行初步探索研究,试验中探究了不同空腔模型攻角(α=0°,-1.5°,-3°)及弹体在空腔内的不同位置(L₀=25 mm, 39 mm)对内埋武器机弹分离特性的影响。结果表明：弹体在空腔内的位置对机弹分离运动特性的影响最大,当L₀=25 mm时,弹体模型头部区域压力明显高于后部区域压力,产生抬头俯仰力矩,导致弹体模型俯仰角逐渐增大,最终碰撞空腔模型,降低载机攻角并未改变弹体模型碰撞空腔模型的效果。当L₀=39 mm时,弹体模型在给定的攻角下均能安全地从空腔中分离。     

弹体压心位置变化对末制导炮弹弹道的影响

首先对比弹体压心位置变化对火箭增程弹道和末制导炮弹名义弹道的不同影响,重点分析弹体压心位置变化对末制导炮弹末导段弹道的影响特点,得出弹体压心位置变化对末导段弹道的捕获域和有效攻击区有着重要影响的结论。该结论对末制导炮弹的射表编拟以及新型末制导炮弹的设计都具有重要指导意义。     

半穿甲导弹性能的攻角效应数值分析

利用LS—DYNA软件分析弹体攻角和目标运动对穿甲过程中装药安定性、弹体剩余速度及弹头姿态的影响。在穿甲过程中,弹体速度为300m／s,攻角分别为0°,10°和20°,弹体和目标板选择了考虑应变、应变率和温度效应的Johnson—cook材料模型。结果表明：随攻角的增大,装药局部受力显著增大,弹体剩余速度下降,弹头发生偏转;目标运动使穿甲能力减弱,但目标运动会使装药受到的外力在一定程度上减少。     

潜射导弹无动力运载器规避弹道仿真

基于无动力运载器规避弹道方案的可行性,建立了潜射导弹无动力运载器水弹道数学模型和海流模型,运用模拟退火法优化得出满足出水约束条件的预设偏航角可行域,并分别对艇速和海流影响下的规避弹道进行了仿真研究。仿真结果表明,发射艇速对规避弹道影响较为微弱;在预设偏航角可行域内偏航角越大,偏移距离则越大,且与规避方向相同的海流增大了预设偏航角可行域,使规避任务更容易实现,而方向相反的海流很可能对规避弹道产生颠覆性影响。仿真结论具有重要的工程参考价值。     

高原环境对弹丸动态稳定性的影响

分析了高原环境低空气密度对弹丸动态稳定性的影响。给出了弹道坐标系中的力方程组和非滚转弹体坐标系中的力矩方程组,并通过线性化方法得到弹丸角运动的状态空间模型。列出了角运动状态矩阵的四个特征根,并利用复数平方根计算方法得到特征根实部的表达式。提出弹丸动态稳定性稳定因子的新定义,并证明新的动态稳定条件与传统的动态稳定条件是一致的。讨论了低空气密度对尾翼稳定弹和旋转稳定弹动态稳定性的影响,并通过仿真说明弹丸在高原条件和平原条件下的动态稳定性存在差异。     

非标准条件下旋转弹丸刚体外弹道的建模与仿真

为研究非标准条件下高速旋转弹丸的刚体外弹道性能,基于坐标变换理论建立了地球曲率影响下的外弹道数学模型,分析了自然风对弹丸气动力及气动力矩的作用,并在考虑气温气压及重力加速度变化的基础上得到了非标准条件下旋转弹丸的刚体外弹道模型。利用该模型对某105mm榴弹外弹道进行仿真,结果表明:地球曲率引起旋转弹丸外弹道性能参数值少量增加,且增加量随弹丸射程的增大而增加,验证了自然风对弹丸动态稳定性有较大影响,进而影响弹丸的各弹道参数的结论。     

基于某推力机构弹道修正弹角运动稳定性分析

为了研究基于"预置质量块"式弹道修正力系下的某低旋尾翼修正弹的飞行稳定性,对弹丸进行修正力系作用下的受力过程进行分析。通过建立其6D弹道模型以及复攻角运动方程,对推力作用下的弹箭追随稳定性以及动态稳定性进行了理论及仿真分析。分析结果表明,在δ_(2P)δ_(pm)条件下,弹箭追随稳定性满足要求;考虑缓变系数影响,二圆运动阻尼系数均小于0条件下,弹箭动态稳定性得到保证。证明基于"预制质量块"的弹道修正弹满足飞行稳定性要求。     

高转速下膛内装药发射安定性仿真分析

高速旋转弹丸发射过程中存在较大的轴向加速度和角加速度,导致装药与其他零部件之间产生相对运动,影响装药发射过程中的安定性。文章采用LS-DYNA软件通过改变底隙、静/动摩擦因数以及膛压大小对膛内装药发射安定性的影响因素进行仿真分析。结果表明,装药底面应力峰值随着底隙的增大而呈先增大后趋于稳定的趋势;侧面应力峰值总体随着摩擦因数的增大而增大;在仅改变膛压时,装药底面及侧面微元应力随膛压的增大而增大;弹体与装药的转速也随膛压的增大而增大,弹体与装药之间的相对转速则随膛压的增大而减小。     

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。