Real-time calculation of fragment velocity for cylindrical warheads

To simulate explosion fragments, it is necessary to predict many variables such as fragment velocity, size distribution and projection angle. For active protection systems these predictions need to be made very quickly, before the weapon hits the target. Fast predictions also need to be made in real time simulations when the impact of many different computer models need to be assessed. The research presented in this paper focuses on creating a fast and accurate estimate of one of these variables - the initial fragment velocity. The Gurney equation was the first equation to calculate initial fragment velocity. This equation, sometimes with modifications, is still used today where finite element analysis or complex mathematical approaches are considered too computationally expensive. This paper enhances and improves Breech’s two-dimensional Gurney equation using available empirical data and the principals of conservation of momentum and energy. The results are computationally quick, providing improved accuracy for estimating initial fragment velocity. This will allow the developed model to be available for real-time simulation and fast computation, with improved accuracy when compared to existing approaches.     

光幕靶破片速度测量方法及误差分析

主要针对破片速度测量实际需求,建立了光幕靶测量数据处理方法和速度误差的传递模型.研究了着靶信号波形匹配技术和破片轨迹匹配技术,利用无偏估计给出了测时、测距等各测量参数的随机误差范围,再结合时间和距离的匹配误差,最终给出了破片速度测量的总误差.     

利用MSC/DYTRAN程序仿真分析导弹战斗部立方体破片的侵彻威力

对反辐射导弹的破片杀伤战斗部中较为常见的立方体破片的 3种典型姿态侵彻 (尖端、棱边及正面侵彻 ) 4mm厚 94 5钢的侵彻过程进行仿真数值计算 .通过仿真计算 ,结合实验结果比较 ,得出结论 :不同初始侵彻姿态的立方体破片在侵彻过程中 ,由于旋转角速度的作用及稳定性的要求 ,破片的侵彻姿态将趋于正面侵彻 .不同姿态的侵彻 ,侵彻威力相差不大     

钨球破片对相控阵雷达天线的冲击损伤仿真

利用非线性动力分析软件LS-DYNA 3D,建立了钨球破片在击穿相控阵雷达天线部件下的毁伤仿真模型.对不同初速度的钨球破片以45°入射角对天线等效靶板的侵彻进行仿真分析,得到了钨球破片整个侵彻作用全过程的完整图像和主要数据.通过对结果图像与数据的分析得出:随着钨球破片初速度增大,剩余速度也会随之增大、击穿靶板所需杀伤动能变大、靶板质量损失变大.结论为相控阵雷达天线的战损快速评估与平时修理提供了科学的依据和参考.     

球形破片侵彻明胶运动模型及破片参数敏感性分析

为揭示球形破片对人体组织致伤机理,以明胶作为人体组织的替代物,基于动态空腔膨胀理论,考虑球形破片未完全侵入阶段的速度衰减,建立了球形破片侵彻明胶的分段运动理论模型,研究了球形破片侵彻明胶的运动规律。通过钢球和钨球侵彻明胶的实验验证了模型的正确性,求解了模型中的最优阻力系数。分析了理论计算过程中的误差来源,并推导得到了无量纲侵彻深度的表达式。利用Sobol′法进行了球形破片参数(直径、密度和速度)对侵彻深度影响的敏感性分析。结果表明：运动模型能够较好地模拟球形破片的运动规律;低密度的球形破片在未完全侵入阶段的速度衰减不能忽略;球形破片参数对侵彻深度影响的敏感性由高到低依次是速度、密度和直径。     

陶瓷/薄钢板复合结构靶板抗高速侵彻性能研究

为探讨陶瓷/薄钢板复合结构靶板(ceramic/thin steel targets,CS靶板)的抗高速侵彻机理,通过弹道试验,分析了3 mm厚SiC陶瓷层和0.6 mm厚钢板层的CS靶板的破坏模式和抗侵彻性能,并与面密度基本相同的纯钢板进行了比较。在此基础上,基于能量守恒原理,建立了CS靶板抗高速侵彻的理论预测模型,并与试验结果进行了对比。结果表明,CS靶板中前陶瓷层的存在,使得后钢板层的破坏模式由剪切冲塞转变为花瓣开裂,大大提升了后钢板层的抗侵彻吸能效率,从而使得CS靶板的整体抗侵彻性能高于等面密度的纯钢板,CS靶板的整体抗侵彻效率较等面密度纯钢板提升15%以上;弹体穿透CS靶板后的剩余速度理论预测值与试验结果吻合较好,相对误差均在5%以内,验证了理论模型的合理性和有效性。     

特种防护舱抗爆性能试验研究

为探讨特种防护舱抗爆性能,进行了舱内爆炸原型试验,研究不同装药量下开闭盖状态防护舱内爆炸时的空气冲击波超压和舱体位移过程。结果表明:同药量下闭盖状态的空气冲击波超压明显高于开盖状态,即封闭舱内偶然爆炸时空气冲击波超压更高;随装药量的增大,舱壁的空气冲击波超压也在增大;舱体侧壁经过多次正反射作用均未发生碎片反应,顶盖泄爆措施对降低底板的空气冲击波超压十分有利;距爆心较近处的位移均比距爆心较远处的位移大。原型试验舱体完全破坏,但结构未发生崩溃式破坏,并无碎片及内爆的二次破片飞出,舱体具有一定的抗爆性能和较好的防破片能力。     

蒙特卡洛剖分投影法的爆震弹破片平均比动能评估

为了评估爆震弹封装壳体破片致死、致伤半径,并削弱其平均比动能,基于蒙特卡洛剖分投影法建立破片平均比动能计算模型。通过LS-DYNA及自编程联合仿真方法对爆震弹自然破片、半预制破片比动能计算模型进行仿真求解,获得了全破片全时域的质量分布、初始速度、垂直靶分布、平均比动能阈值及安全半径等指标。结果表明:在相同装药参数下,半预制破片相比于自然破片,质量分布、初始速度阈值更低且更集中;在小于等于2.5 m范围内半预制破片平均比动能阈值比自然破片更低,大于2.5 m后半预制破片平均比动能阈值比自然破片更高。相比于自然破片,采用半预制破片可显著减小爆震弹破片的致死半径,但并不能明显增大其安全半径。     

导弹破片与作战飞机的交汇分析

在简化假设的前提下,对导弹破片与作战飞机的交汇进行分析,首次在三维坐标系中建立导弹破片与飞机的交汇模型,推导破片相对于飞机的三维弹道轨迹方程,并确定在导弹打击下飞机的受损区域.导弹破片与飞机的交汇模型的建立和破片弹道轨迹方程的获得,为在导弹打击下的飞机损伤概率计算奠定基础.     

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。