电磁轨道发射中内弹道动力响应特性分析

将轨道简化为移动载荷作用下固定在弹性支撑上的Bernoulli-Euler梁,通过静态电磁-结构耦合有限元模型求得外围封装的等效刚度,计算得到发射器的临界速度。另外,利用混合有限元/边界元法建立电磁-结构-运动多物理场耦合的动力学模型,求得枢轨动态接触压力和轨道的应力应变分布特性。通过在轨道背面布置光纤光栅应变传感器,利用测量数据验证了动力响应特性,并分析了弹丸在内弹道的稳定性。针对典型30 mm × 30 mm矩形口径发射器,分析及试验结果表明：C型电枢对轨道的电磁挤压力在平顶沿起始时刻达到最大值,之后随着时间推移逐渐减小;电枢通过引起的应力波在高速段容易与轨道中反射应力波发生共振,并且轨道在电枢运动的中间高速段区域受力最为集中,应力集中水平约是起始低速段区域的2.44倍;电枢运动高速段会出现晃动现象,进而引起上下轨道受力的不对称性。分析及试验结果对研究电磁轨道发射器内弹道动力响应特性和发射器结构设计具有重要指导意义。     

层叠型缓冲靶板对弹载测试仪的保护作用研究

使用空气炮模拟火炮发射时的高过载环境对弹载测试仪进行测试时,弹丸撞击靶板会产生尖峰脉冲对测试仪造成严重的损伤,为提高测试仪的存活性,展开对缓冲靶板层叠方式(不同材质的靶板相互叠加的叠层结构)的研究。通过撞击动力学理论描述弹丸对靶板的压缩和侵彻行为,并结合动量守恒和能量守恒定律计算出靶板参数和传递到靶板上的冲量的关系。使用ANSYS/LS-DYNA建立弹丸正侵彻靶板模型,弹丸速度为200 m/s、质量为5.5 kg,仿真结果表明：3层总厚度450 mm的泡沫铝+泡沫铝+橡胶组合方式能有效消除尖峰脉冲并缩短弹丸对靶板的作用时间,加速度均值约为7 000g,脉宽为2.8 ms。受条件限制,空气炮试验采用弹丸质量为5.5 kg、速度为150 m/s,并将缓冲靶板的单层厚度减小到100 mm,结果表明：在泡沫铝+泡沫铝+橡胶组合方式下,弹丸结构和测试仪功能完好,加速度均值约为27 000g,脉宽为0.55 ms。     

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。     

液压水锤效应引起液体喷溅特性及其影响因素试验研究

为研究液压水锤效应引起的液体喷溅特性及其影响因素,进行了高速破片撞击充液容器的试验,测试了液体内的空腔振荡特性、压力分布特性和容器外的液体喷溅特性。试验结果表明:液压水锤效应引起的液体喷溅有两个不同的阶段。第一个阶段发生在空腔生长到最大体积后的400~700 μs内,喷溅液体的头部呈箭状;在第二个阶段出现多次形状相似的脉动喷溅,且单次脉动均发生在每次空腔溃灭之后,喷溅液体具有伞状头部与线状尾部。液体内的压力和侵彻孔的形态共同影响液体的喷溅速度,相对喷溅速度与破片的撞击速度成反比。喷溅液体在运动过程中存在速度波动,且随着喷溅次数的增加,液体喷溅速度逐渐下降,速度拐点出现的位置逐渐接近侵彻孔。     

步枪弹侵彻背部穿硬防护人体靶标钝击效应研究

针对枪弹侵彻穿防弹衣人体背部产生脊柱脊髓钝性损伤,建立了DBP10式5.8 mm步枪弹侵彻NIJⅢ级SiC/UHMWPE防弹插板的数值模型,采用JHB本构和基于Abaqus二次开发的VUMAT本构分别模拟SiC陶瓷和UHMWPE层合板;开展了5.8 mm步枪弹侵彻NIJⅢ级SiC/UHMWPE防弹插板的数值模拟,通过基于高速摄影的弹道实验结果对比验证了数值模型的准确性;基于枪弹侵彻防弹插板的数值模拟结果,开展了5.8 mm步枪弹以910 m/s入靶速度侵彻背部穿硬防护人体躯干靶标的数值模拟,明确了步枪弹击中防弹衣后压力波在肌肉-脊柱内的传导规律,还原了枪弹侵彻过程中人体典型器官(心、肝、肺、胃等)的应力波传递过程。结果表明：人体背部在枪弹钝击作用下会在脊椎椎骨上产生瞬时高应力,可能导致椎骨骨折、椎间盘突出和脊柱不稳定;致伤点T10椎体后方脊髓最大应力为1.04 MPa,可能导致脊髓改变;对脊髓上应力与加速度线性回归分析表明,压力与加速度呈正相关。     

装药速度对三波点高度的影响

为研究装药速度对三波点高度的影响,对不同速度下装药的近地动爆过程开展了数值模拟,获取了动爆冲击波场演化历程图像,定量研究了近地面动爆冲击波流场演化情况。仿真结果表明：装药速度对三波点的高度有较大影响,在速度正方向上,装药速度越大,同时刻三波点高度越高,且变化幅度随装药速度的增加而增大,马赫波形成位置到爆心投影点的距离较静爆时更远,在距爆心投影点相同水平距离处三波点高度越低,在速度负方向上则反之;在速度正方向距爆心投影点相同水平距离处,B炸药和C4炸药形成的马赫波高度相当,二者的三波点迹线更贴近于地面,TNT装药的三波点高度较高。     

基于重叠网格的航行体水动力特性计算

利用重叠网格技术结合实验方法,研究了航行体跨界质过程中的阻力来源。将试验结果与仿真结果进行对比,得出该过程中的水动力及水动力系数变化趋势以及原因,结果表明：航行体在水下速度由25 m/s下降到9.7 m/s,水动力以及系数在航行体即将出水时刻达到最大值,分别为0.65 kN和0.184。出水过程水动力及力系数主要受水冢现象、浮力变化以及附连水质量变化影响而呈现波动并逐渐趋向于零,粘滞力是航行体完全出水后主要的流体阻力来源。该研究为水航行体减阻设计提供了参考依据。     

圆柱-双锥结合药型罩结构参数对侵彻性能的影响规律

为提高聚能破甲战斗部的毁伤能力,设计了一种圆柱-双锥结合药型罩。用数值模拟方法,通过对该药型罩的正交优化设计,研究了药型罩圆柱部直径d、高度h、上锥角α、下锥角β对射流头部速度和侵彻深度的影响。研究结果表明,上锥角和圆柱部直径分别是影响射流头部速度和侵彻深度的主要因素。因此,在优化设计中得到了兼顾射流速度和侵彻深度的最佳药型罩结构：d=8 mm、h=12 mm、α=36°和β=56°时,射流头部速度为8 667 m/s,侵彻深度达到173.7 mm。优化设计的研究结果具有一定的实际工程指导意义,可为聚能破甲战斗部的性能提升提供有效的设计方案。     

G45钢破片对中大口径弹体侵彻仿真分析北大核心

为了研究不同质量G45钢破片对中大口径弹药壳体侵彻效应,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立破片侵彻壳体模型。将弹药壳体通过等效公式换为Q235钢板,开展了在不同速度下,不同质量G45钢破片侵彻等效靶板Q235钢数值模拟仿真。仿真分析结果表明:相同质量下,G45钢破片撞击靶板侵彻深度与侵彻直径随着速度增加呈现递增趋势;得到了4.7 g,9.8 g小质量G45钢破片在800~1800 m/s速度范围内无法有效穿透中大口径弹体等效靶的结论;19.5 g G45钢破片侵彻20 mm的中大口径弹体等效靶的极限穿透速度范围在1200~1400 m/s之间。     

陶瓷基装甲抗枪弹机理研究现状

从陶瓷基装甲的特点出发,介绍了其抗弹性能的评定指标,讨论了弹靶撞击过程的划分,重点评述了抗弹机理的研究方法和陶瓷基装甲的耗能机制;并总结了影响陶瓷基装甲抗枪弹性能的4个主要因素:陶瓷厚度、约束条件、弹丸形状和撞击速度.     

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。     

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%。     

高超声速圆球绕流流场及其近尾尾迹流场电磁散射特性分析

采用分段线性电流密度递归卷积时域有限差分(PLJERC FDTD)方法计算高超声速导电金属球绕流流场及其近尾尾迹流场电磁散射特性,分析等离子体绕流流场RCS的频率特性、双站散射特性、极化特性及随飞行高度、飞行马赫数、入射角的变化关系.计算表明,前向散射方向是全方位散射中RCS取得最大值的方向;马赫数较大(本文Ma≥14)时,入射波频率增大、马赫数增大及飞行高度降低,绕流流场前向RCS增大.马赫数较小(本文Ma≤10)时,飞行马赫数、高度及入射角变化对绕流流场UHF、L、S波段后向RCS和双站RCS影响很小;在UHF、L波段,绕流流场及本体的后向RCS差距较小.马赫数较大时,大范围过密等离子体尾迹的形成使得电磁波垂直轴线入射时绕流流场增大了目标本体的后向RCS;在L、S波段,绕流流场后向RCS曲线可用一条直线逼近.     

脉冲工况晶闸管扩展速度的影响因素研究

为研究不同因素对其电流扩展速度的影响,根据晶闸管的结构特点和工作原理,建立晶闸管器件模型及脉冲成形网络等效电路模型并进行了仿真模拟.数值仿真结果表明,当正向阻断电压从3000 V增加至5000 V时,扩展速度可增加24.6％;当基区宽度从500μm增加至900μm时,扩展速度降低了31.7％;当载流子寿命从1μs增加至...     

高速破片撞击充液容器形成液压水锤的试验研究

为研究高速破片撞击充液容器形成的液压水锤效应,设计一套试验装置和测试方法,试验破片撞击充液容器产生空腔的变化过程、液体中不同位置处的压力变化以及前后面板的变形情况。试验发现：破片撞击容器后面板时会出现一圈空化气泡,气泡在后面板内表面从撞击点位置迅速沿径向扩展;液压水锤初始冲击阶段,距离撞击点较近区域在初始冲击波压力脉冲过后会出现一个较大负压,而距离撞击点较远区域不受负压影响;破片撞击速度对容器前面板最大变形影响较小,变形范围随着撞击速度的增大沿撞击点向四周扩展。后面板的最大变形及变形范围都随着破片撞击速度的增大而变大。     

TiZrNbVAl高熵合金弹体侵彻双层钢板可行性研究

为了验证TiZrNbVAl高熵合金弹体的可行性,开展了材料力学性能及弹体侵靶试验研究。对TiZrNbVAl高熵合金在应变率分别为10^-3s^-1、1 000 s^-1、3 000 s^-1和室温分别为、200℃、300℃条件下的力学性能进行了试验研究,获得了TiZrNbVAl高熵合金的准静态和动态力学性能,并对其冲击韧性、应变率效应及温度效应进行了分析,结果表明：TiZrNbVAl强度较好,抗冲击性能优异,在高温和动态加载条件下具有温度软化效应和应变率强化效应,并根据试验数据拟合得到了TiZrNbVAl高熵合金的Johnson-Cook模型参数。设计并开展了125 mm火炮侵靶验证试验,TiZrNbVAl弹体以786 m/s速度穿透2层Q345钢板,头部侵蚀较为严重,但主体结构完整,验证了TiZrNbVAl高熵合金用于侵彻战斗部壳体的可行性。采用数值仿真模型对侵彻过程进行了模拟,弹体头部侵蚀仿真结果与试验结果较为吻合,验证了材料模型和数值仿真模型可靠性。研究结论和成果可为高熵合金侵彻弹体设计提供思路和依据...     

不同含水量超细钛酸钡电流变液性能的研究

采用溶胶-凝胶的方法,通过高温烧结得到了超细钛酸钡(BaTiO3)粉体,烧结产物经SEM、XRD等表征手段对粉体的形貌和晶型进行分析。采用卡尔-费休法测定了配制的电流变液中的含水量,讨论了不同含水量对钛酸钡的电流变性能的影响。结果表明,含水钛酸钡ER液在含水量为117．2μg／g时,屈服应力、表观粘度和漏电流密度达到最大值;要使含水钛酸钡ER液具有一定的ER效应,且在其实验仪器测试范围内(电场强度最大可达2．5kV／mm;漏电流最大可达10μA)具有电流变效应,含水量应小于或等于88．1μg／g。     

油罐油气惰化置换过程数值模拟研究

基于对油罐惰气置换原理的分析,建立了油气惰化置换过程的紊流模型,采用压力和速度耦合场的PISO算法,完成了油罐惰气置换过程的数值模拟研究。用原型实验数据对模型进行了验证,经验证对比表明模型与实验结果吻合较好。进一步研究表明,对于3 000 m^3的油罐,约整个置换过程的前9 600 s,罐内气体处于爆炸燃烧范围,置换约9 600 s后油罐已处于安全状态;＂置换死角＂出现在靠近燃惰气进口两侧的中央偏下位置;罐内各气体组分除在靠近燃惰气进口一侧的较小空间内对流扩散速度较大外,其他大部分位置各气体组分对流扩散速度较小。这些结论将为油气惰化置换过程的进一步优化提供一定的参考依据。     

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。     

基于电场作用的微燃烧数值模拟及热力性能分析

以管径为1 mm,2 mm,3 mm的3种陶瓷管作微燃烧器,采用Fluent软件对电场作用下甲烷和空气的微燃烧进行了数值模拟。研究表明:正电场可增加燃烧器内的燃烧火焰长度、最大气流速度以及最高温度;燃烧器内的最高温度与燃空比成反比;燃空比较小时的燃料转化率与管径成反比;燃空比较大时的燃料转化率与管径成正比。2 000 V以内的电压对微燃烧器内的最大流速、最高温度以及甲烷转化率影响不大;超过2 000 V的电压与微燃烧器内的最大流速、最高温度以及甲烷转化率成正比例关系。