三级子母弹分离方案气动数值分析

采用虚拟模型进行了子母弹头罩、开盖、侧向子弹三级综合分离过程的三维数值模拟。分析了多级分离过程中的一些共性问题和特性问题,对分离初期子弹、母弹、整流罩、外层挡板多体相互运动、流场相互干扰进行数值仿真。综合多级分离过程中可能出现的问题,设计了三级分离方案,重点对分离姿态、各子级初始分离速度以及挡板气动干扰3个影响因素展开研究。结果表明,较大的分离姿态角不利于抛撒后子弹的稳定飞行,合适的初始分离速度以及挡板的存在可对分离稳定性实现优化。合理控制分离姿态、各子级初始分离速度以及挡板的影响,可以实现设计模型的三级安全分离。     

重叠网格方法研究多子弹抛撒气动问题

子母弹抛撒气动问题是一类典型的有相对运动的多体气动问题,也是重叠网格方法最有价值的应用领域之一。采用MI-Grid重叠网格软件系统,耦合流动力学方程和动力学/运动学方程,研究子弹分离过程的气动性能和运动轨迹,并结合正交试验设计,讨论和评估了出舱条件及气动干扰对子弹分离运动的影响,指出子弹在抛撒流场中受激波干扰对姿态运动影响很大,单子弹抛撒时母弹激波扫射使子弹俯仰特性剧烈波动,多子弹抛撒时弹舱流动受子弹挤压反射激波使子弹姿态抬头。     

子母式穿甲弹子弹发射过程研究

对子母式穿甲弹子弹的发射过程进行详细的分析,得出了子弹长度与子弹飞离母弹速度的关系、子弹长度与火药燃烧率的关系、子弹长度与母弹弹头部发射孔内最大压力的关系以及子弹的长度与子弹发射所需时间的关系,为子母式穿甲弹设计提供了依据。     

末敏子弹组合体全姿态运动仿真

通过建立末敏子弹组合体大攻角运动双欧拉方程和姿态角互换模型,解决了单欧拉法建模第二旋转姿态角在90°附近时方程精度差、计算发散溢出等难题,实现了刚体全姿态运动的准确仿真.仿真结果分析表明,不同发射条件下末敏子弹组合体的运动姿态、阻力系数明显不同,忽略姿态变化的质点运动模型无法准确描述组合体运动,射表编拟中应采用双欧拉方...     

高超声速飞行器分离干扰的伴随方法分析

以大气层内高超声速飞行器级间分离过程为研究对象,采用伴随方法得到了由冲击力和气动干扰力矩引起的攻角的解析解。利用该解析解,得到了分离干扰引起的攻角的瞬时变化曲线。结果表明,在高超声速飞行器级间分离开始0.4s内,冲击力和气动干扰力矩对攻角有一定的影响,并且随干扰的增大而增大。本研究实现了预示高超声速飞行器分离过程风险的目的,对高超声速飞行器分离干扰策略的制定提供了理论依据。     

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。     

自然风对旋转弹丸外弹道性能影响的仿真研究

为研究自然风对旋转弹丸外弹道性能的影响,基于坐标变换理论考虑了地球曲率变化对刚体弹道模型的作用,分析了自然风对各气动力和气动力矩的影响,建立了非标准条件下的刚体外弹道模型。应用该模型对某105mm榴弹不同风速、风向下的外弹道过程进行仿真,结果表明,自然风对飞行弹丸的攻角姿态有较大影响,进而影响弹丸的射程和方向偏移量;自然风对弹丸攻角姿态的影响在弹丸飞行的初始阶段风速大小起主要作用,而在弹丸飞行的中间阶段则是风矢方向起主要作用。     

基于正交试验与灰关联的弹体着靶参数敏感性分析

为分析着靶参数对截锥形半穿甲战斗部侵彻性能的影响程度,通过正交试验制定了试验方案并进行了数值仿真,同时对正交试验结果数据进行了灰关联分析,得到了弹体侵彻过程中着靶参数与弹体最大过载、速度变化量以及弹体偏转角之间的关联程度。分析结果表明:着靶参数对弹体最大过载的影响程度排序为:靶板厚度入射速度入射角度攻角;对弹体速度变化量的影响程度排序为:靶板厚度入射角度入射速度攻角;对弹体偏转角的影响程度排序依次为:弹体攻角入射速度入射角度靶板厚度。分析结论可为着靶姿态的控制及舰船防护提供一定的参考。     

超音速子母弹时序抛撒分离干扰特性

为分析在时序抛撒方式下子母弹多体干扰流场特性及其对各舱段弹体气动特性的影响,基于流体控制方程与六自由度刚体运动方程,结合非结构动网格技术,分别对两种时序抛撒方式及后舱子弹单独抛撒方式下的子母弹三维非定常分离流场进行数值模拟,得到不同抛撒时序下的分离流场特性及其气动干扰特性,揭示各舱段子弹在不同分离阶段的气动干扰相互作用过程。研究结果表明:在时序抛撒分离过程中各弹体间激波不断地交错干扰,增加了流场结构的复杂性;前舱子弹的激波干扰使得后舱段子弹气动分离参数较低,分离效率较慢,尤其在短时序间隔下,后舱弹体受前舱子弹干扰较为严重,弹体的安全分离受到影响。     

跨声速母弹空腔流的数值模拟

将ＳＬＩＰ格式和ＬＵ－ＳＳＯＲ隐式迭代方法结合，数值模拟了尖头母弹在开舱前后的跨声速定常流场。采用修正的Ｂ－Ｌ湍流模型，用轴对称Ｎ－Ｓ方程求解零攻角时母弹在Ｍａｃｈ数０．９４～０．９８ 的临界气动特性和空腔流特性。开舱前母弹计算结果与实验以及Ｓａｈｕ 的结果能够很好吻合， 开舱后空腔流的计算结果也给出了合理的理论分析。     

攻角对双三角翼旋涡特性影响的数值模拟

采用数值方法研究了双三角翼上涡流运动随攻角的变化规律.计算取层流假设,研究了攻角在5°～30°,76°/40°后掠双三角翼绕流的流场结构随攻角的变化,并对双三角翼上涡破裂现象对流场结构及气动力性能的影响进行了分析.结果表明,双三角翼上的多涡结构存在强烈的相互影响,较大的攻角会导致涡破裂在翼面上发生,严重影响了双三角翼的气动力性能.     

利用数字狭缝摄像技术估计弹丸速度和攻角

针对目前靶场中胶片式狭缝摄影技术的缺点和数字化改进的难点,提出了基于线阵摄像机的数字狭缝摄像技术来估计弹丸速度和攻角.该方法首先利用单台标定的摄像机配合双像器获取弹丸的立体影像,提取有限个控制点,计算弹丸速度、姿态等的初始估计值.然后利用弹丸的模拟成像与实际成像的轮廓匹配构建最优化模型,对初始估计值进行优化,最后获得弹丸的速度和攻角.通过试验验证了该方法估计弹丸速度和攻角的精确性.     

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。     

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。     

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%。     

外挂式导弹机弹分离气动干扰特性研究

以经典的机翼/挂架/导弹组合模型为例,采用重叠网格软件系统和计算流体力学技术,从机弹干扰工况简化和气动干扰特性影响因素分析两个方面对外挂式导弹机弹分离气动干扰特性进行研究。导弹分离轨迹参数和气动干扰系数的数值预示结果与捕获轨迹试验结果吻合,表明该计算方法能有效预测机弹分离轨迹和分析导弹与载机间复杂气动干扰现象。根据计算流体力学结果,从马赫数、机翼攻角、导弹攻角等方面,给出导弹在不同分离工况下的气动干扰规律,并采用增量系数法对缺失工况进行一阶外插处理的气动干扰数据外推方法,可应用于机载外挂空基武器的机弹分离轨迹预示和气动干扰特性设计中,具有重要的工程应用价值。     

无伞末敏子弹大攻角非线性空气动力和力矩模型

以无伞末敏子弹为背景,分析了描述大攻角飞行弹丸横向运动和角运动的运动变量,建立了大攻角情况下弹丸所受非线性空气动力和空气动力矩的模型,推导出了复数形式的弹丸横向运动与角运动方程。数值积分计算表明,弹丸在特定非线性空气动力和力矩作用下,能够形成所需形式的扫描运动,证明所建力学模型正确合理,可以用于无伞末敏子弹动力学特性的分析与计算。     

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。     

子母弹首发命中概率

提出了子母弹命中目标的定义,研究了子母弹射击误差的组成、母弹误差和子弹误差的概率分布,射击误差的转换及转换条件,建立了子母弹首发命中概率模型并推导出4种不同条件下子母弹首发命中概率公式,并导出了首发命中概率所满足关系。以算例分析了子母弹的母弹误差、子母的散布误差及目标幅员对子母弹首发命中概率的影响,结论为子母弹射击精度战术技术指标的分析论证及子母弹的射击法则研究提供了基础。     

子母式发烟弹全弹道建模与分析

针对爆炸分散型子母式发烟弹,研究建立了母弹飞行弹道、子弹抛撒内弹道和子弹飞行弹道模型,运用Matlab软件,分析计算了最小射程条件下弹道诸元变化规律,基于横向间隔的目标函数法,确定了子弹的阻力系数及弹道参数,即最小射程条件下最佳抛撒点参数、罐体抛撒时间和罐体阻力系数.通过三罐轴向并联一次性起爆试验,证实了子弹横向间隔的...