Ricochet quantification using a multiple sensor approach

This study investigates the ricochet behaviour of three different small-arms projectile types using a novel ricochet measuring device.The results can be used to estimate the danger potential of ricochets on shooting ranges.A ricochet is the change of direction and velocity of a projectile after impacting an oblique surface.This impact produces strong vibrations on a rigid plate.During this impact,flexural waves travel radially outwards from the point of impact.These waves are used to determine the properties of the impactor with accelerometers situated on the target surface.With the use of two measurement plates,one can produce a ricochet and detect the velocity at the same time.Accelerometers are suitable for accurate momentum measurements of single impacts.However,depending upon strike velocity and the impact angle,a ricochet can separate in multiple fragments after being deflected.From the operational safety perspective,these fragments need to be detected,as well.The approach of a coupled sensor concept was chosen to solve this problem.Thermographic sensors were additionally used to visualise the heat which is produced after pene-trating a rubber layer pasted in front of the steel target plate.With this approach one was able to detect the position of impact.The investigations showed that the measurement system performance is better with a multiple sensor design,which includes accelerometers for the velocity,impact strength and partly the position measurement,while the thermographic sensor was used for the position measurement and partly the momentum measurement.The investigated ammunition showed plausible fragmentation behaviour,and the results can already be used to estimate the danger potential of different ammunition types.Frangible projectiles fragment to small particles already after being deflected under a small angle.However,Full Metal Jacket projectiles with or without a steel core do not fragment under angles which are less than 5°.The objective of the paper is to demonstrate the possibility of measuring the complex ricochet me-chanics of small projectiles using standard accelerometers with the adequate signal processing approach.This measuring system is supported by an off the shelf thermographic camera.     

重塑非饱和含粘砂土变形强度特性的三轴试验

利用多功能土工三轴仪探讨了非饱和含粘砂土的变形和强度特性,共进行3种应力路径的三轴试验：控制吸力的各向同性压缩试验、控制净平均应力的三轴收缩试验、控制吸力和净围压为常数的三轴排水剪切试验。研究结果表明：该土的屈服净平均应力和偏应力都随吸力增大;在净平均应力不变的条件下,该土的屈服吸力是一常数但不等于土样在历史上曾受过的最大吸力;随着净围压增大,其应力-应变曲线由软化向硬化型转变;在高吸力高围压下,呈现脆性破坏。控制吸力和净围压为常数的三轴排水剪切试验在p—q平面内的强度包络线为直线;在试验研究的吸力范围（50～200kPa）内,该土的粘聚力随吸力线性增加;内摩擦角随吸力的变化很小,可以认为是一常数;该土具有显著的剪胀特性,剪胀性不仅取决于千密度与围压,而且还与吸力密切相关。     

填充式波纹夹层结构超高速撞击特性仿真

基于航天器空间碎片被动防护需求,对一种新型填充式波纹夹层结构进行超高速撞击仿真研究,分析超高速撞击过程以及结构的穿孔破坏情况和所形成的碎片云的特性,并与相同面密度Whipple结构进行对比。其撞击现象与Whipple结构相似,但其碎片云的头部速度小于Whipple结构,而径向膨胀最大速度和膨胀半角均大于Whipple结构。随撞击初速从3 km/s~10 km/s不断增大,波纹夹层结构的撞击穿孔尺寸变大,形状也更不规则。此外,结构中的填充树脂对碎片撞击能量的吸收贡献最大,后面板所吸收的能量所占比重较大,而前面板和波纹板对碎片撞击能量的吸收贡献较小。研究结果对空间碎片防护结构的设计具有一定的参考意义。     

系缆龙须角对筒型基础拖航影响试验

系缆龙须角是影响气浮筒型基础拖航的主要因素之一。通过模型试验对顺浪拖航时结构在横向、纵向以及垂向振荡的加速度、筒内气压力和水压力以及拖缆力进行测量。试验结果表明：拖航加速度随着系缆龙须角从0°增大到90°呈先减小后增大的趋势;龙须角为0°时,拖航的加速度、筒内气压力和水压力以及拖缆力变化均明显大于有角度拖航;拖缆力呈脉冲变化,且在45°时取得较小值。因此对于该结构的拖航,为了保证在拖航中既具有较小的拖缆力,又具有较小的横向和垂向振荡,建议选取系缆龙须角为45°。     

摩擦条件对纳米铜润滑添加剂减摩性能影响的研究

研究了摩擦速度、载荷和摩擦表面处理方式等摩擦条件,对纳米铜润滑添加剂减摩性能的影响,发现摩擦速度较高时,载荷增加使摩擦因数明显降低;在低载荷时摩擦速度的减小,使摩擦因数降低了17%,载荷增大后摩擦速度的变化,对摩擦因数的影响减小.摩擦表面抛光处理,使摩擦因数降低为磨削处理时的74%.     

圆柱形装药驱动轴向预制破片飞散特性

为了增强柱形战斗部轴向威力,在无壳柱形战斗部底面布置单层离散的预制破片。开展圆柱形TNT装药驱动轴向预制破片飞散试验,获得预制破片的最大初速、飞散角等特征参数;运用LS-DYNA软件对装药驱动预制破片过程进行数值模拟,阐述预制破片群飞散过程;对装药驱动整体平板理论计算公式进行改进,获得预制破片的最大初速。结果表明:破片初速理论计算结果、数值计算结果和试验结果吻合良好;随着与装药底部中心距离的加大,破片初速、径向飞散角分别近似呈“抛物线”减小、增大;试验实测、理论计算得到的破片最大初速值超过2500 m/s,试验实测的径向飞散角最大约为22°,而周向飞散角则普遍较小,均值在5°以内。     

应用地面电磁发射清除空间碎片方法

针对传统化学发射的空间碎片清除技术成本过高、难以实施的问题,提出应用地基电磁发射方式的空间碎片清除新方法。通过地面电磁发射的方式以低成本将射弹运送至空间,并通过释放空间微粒云团控制空间碎片离轨,进而实现对空间碎片的清除。由于取消使用占绝大部分成本的化学推进剂,所提出的应用地基电磁发射的空间碎片清除技术为空间碎片低成本清除提供了有效解决途径。     

Experimental investigation on enhanced damage to fuel tanks by reactive projectiles impact

Enhanced damage to the full-filled fuel tank,impacted by the cold pressed and sintered PTFE/AL/W reactive material projectile(RMP)with a density of 7.8 g/cm3,is investigated experimentally and theoretically.The fuel tank is a rectangular structure,welded by six pieces of 2024 aluminum plate with a thickness of 6 mm,and filled with RP-3 aviation kerosene.Experimental results show that the kerosene is ignited by the RMP impact at a velocity above 1062 m/s,and a novel interior ignition phenomenon which is closely related to the rupture effect of the fuel tank is observed.However,the traditional steel projectile with the same mass and dimension requires a velocity up to 1649 m/s to ignite the kerosene.Based on the experimental results,the radial pressure field is considered to be the main reason for the shear failure of weld.For mechanism considerations,the chemical energy released by the RMP enhances the hydrodynamic ram(HRAM)effect and provides additional ignition sources inside the fuel tank,thereby enhancing both rupture and ignition effects.Moreover,to further understand the enhanced ignition effect of RMP,the reactive debris temperature inside the kerosene is analyzed theoretically.The initiated reactive debris with high temperature provides effective interior ignition sources to ignite the kerosene,resulting in the enhanced ignition of the kerosene.     

警用脉冲防暴水炮新型喷嘴内部流场的大涡模拟

根据新型喷嘴的结构特点,构建了喷嘴的物理模型和数学模型,并采用Fluent6．2．16软件中的LES模型对喷嘴流场进行数值计算。模拟结果表明：射流进入喷嘴收缩段后会发生强烈的剪切作用,引起流场速度和压力的急剧变化。收缩角对喷嘴内部流场的影响较大,本模型中收缩角优化值取30°,圆柱段长度对喷嘴内部流场也存在影响,本模型中该长度优化值取32mm。     

收缩管道装置层流热边界层理论及应用研究

研究了收缩管道装置层流热边界层理论及其应用。对于速度边界层提出了相似性解的解析结果,给出了速度分布、边界层厚度、摩擦阻力和水头损失的解析计算表达式。对于温度边界层利用管道热边界层方程,推出了温度分布、温度边界层厚度和热流量的计算关系式,并给出了设计应用实例。     

土工格栅加筋土挡墙稳定性影响因素敏感性分析

以灰关联分析法为手段,通过有限元强度折减法计算加筋土挡墙的稳定安全系数。结合水富—麻柳湾高速公路的土工格栅加筋土挡墙实际工程,分析了各因素对土工格栅加筋土挡墙稳定影响的敏感性,按大小依次为：内摩擦角、筋土间摩擦系数、粘聚力、筋带长度、筋带轴向拉伸刚度、筋带间距和填土密度。建议设计中,如果条件许可应优先选择摩擦角和粘聚力较高的填料,当填料受限制时,要提高加筋土挡墙的稳定性可以优先考虑选择与填土有较高摩擦系数和轴向拉伸刚度较大的土工格栅进行设计。     

基于轮廓特征的空间目标识别算法

高分辨力单脉冲雷达通过对三个通道回波成像可以获取各个散射中心的方位角和俯仰角,结合距离信息就可以得到各个散射中心在垂直于雷达天线轴的平面上的投影,形成方位-俯仰二维像.由于卫星的尺寸通常大于碎片的尺寸,因此卫星的方位-俯仰二维像的轮廓面积较大.提出了基于轮廓特征的空间目标识别算法,首先通过高分辨力单脉冲雷达对目标进行方位-俯仰二维像成像,然后从方位-俯仰二维像中提取目标轮廓,最后根据轮廓面积特征对卫星和碎片进行识别.经过计算机仿真实验,该算法取得了比较好的识别效果.     

激光导向车 (LGV) 的实时姿态检测及控制

提出了一种通过实时检测激光导向车的姿态来控制其行驶的方法,该方法的基本原理是依据激光接收阵的信息先推导出车的瞬间姿态（以角度偏差α和距离偏差Ｄ表征）,然后对两驱动轮的速度进行控制;在新的模型车上的实验结果表明,这种方法明显提高了车的运行精度,可望用于实际的ＬＧＶ。     

分层流体中水平运动潜体产生的内波分析

从线性化的Euler方程和连续方程出发,采用线性自由面条件,通过傅里叶变换法研究水平运动点源在分层流体中产生的内波.利用源汇分布法分析运动潜体产生的lee波,采用稳定相法计算远场速度.计算结果表明,高模态内波的波域角小于低模态内波的波域角,内波的波域角小于Kelvin波的波域角;随航速增大lee波主要表现为散波.     

环氧树脂/CTBN/无机颗粒高分子合金修补剂材料的制备与性能分析

通过端羧基丁腈液态橡胶(Carboxyl Terminated Butadiene Acrylonitrile,CTBN)协同纳米Al2O3、SiO2颗粒与微米MoS2颗粒共混改性环氧树脂,制备了双组分的耐磨高分子合金修补剂材料。采用拉伸、摩擦磨损等试验及SEM等方法测试和分析了该高分子合金修补剂的拉伸强度、显微硬度等基本性能及摩擦学性能,并对其耐磨减摩机理进行了分析。结果表明:该材料的拉伸强度为42.3MPa,拉伸剪切强度为13.8MPa,显微硬度为231.1MPa,摩擦因数为0.17,耐磨性比LY12铝合金提高了50%。     

爆炸成型弹丸贯穿靶板靶后破片空间分布模型

深空撞击载荷对探测小天体内部物质成分和结构特性具有重要意义,因此,在考虑爆炸成型弹丸(explosively formed projectile, EFP)可变截面的特性和区分靶后破片来源的基础上,建立了EFP贯穿靶板靶后破片空间分布模型。在靶板厚度30 mm至70 mm、EFP着靶速度1 650 m/s至1 860 m/s的条件下,该模型可以定量预测靶后破片云中各个破片的速度、质量、数量与空间位置的关系。结果表明,相对速度总是随相对空间位置的增加而呈线性增加,相对质量、相对数量总是随相对空间位置的增加而呈幂函数增加。     

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。     

Characteristics structure analysis on debris cloud in the hypervelocity impact of disk projectile on thin plate

In this paper, the gauge points setting is introduced in the SPH simulation to analyze the debris cloud structure generated by the hypervelocity impact of disk projectile on thin plate. Compared with the experiments, more detailed information of the debris cloud structure can be classified from the numerical simulation. However, due to the solitary dispersion and overlap display of the particles in the SPH simulation, accurate comparison between numerical and experimental results is difficult to be performed. To track the velocity and spatial distribution of the particles in the debris cloud induced from disk and plate, gauge points are locally set in the single-layer profile in the SPH model. By analyzing the gauge points’ spatial coordinate and velocity, the location and velocity of characteristic points in the debris cloud are determined. The boundary of debris cloud is achieved, as well as the fragments distribution outside the main structure of debris cloud.     

油水两相分层流层流流速分布计算分析

利用剪切力比模型,进一步讨论了油水两相分层流层流流动的速度分布规律,将水相流速假设为抛物线形式分布与实验结果有较大偏差,将水相分为拖曳和返流两段更接近实际情况,模型所得水相计算结果更接近实验数据。指出剪切力比模型能否适合于油水两相分层流动计算理论需要更多实验结果验证。     

高速/超高速碰撞效应研究

高速/超高速碰撞会产生大量破片,并伴随闪光、等离子体等现象.高速碰撞材料受冲击产生射流及破片高温会引起碰撞闪光现象,获得了碰撞等离子体电磁场强度的变化规律.采用数值仿真与理论分析相结合的方法,获得了高速碰撞破片云团分布规律.