一维光幕测试旋转对称破片的动能

针对飞行破片动能测试,提出了一种采用光幕测试飞行破片动能的方法。该方法采用两台光幕靶测试飞过光幕的破片的速度,通过破片穿过光幕输出的波形提取体积信息,得到破片的穿靶质量,进而得到破片的动能。文中分析了光幕输出波形与破片体积关系的理论模型,采用3种典型的旋转对称形状物体仿真验证了理论模型,并研究了一种标定方法。实弹射击试验表明,所提方法可以测量旋转对称破片或弹丸的动能,测量精度满足靶场测试的要求。     

战斗部破片速度光幕靶测量方法研究

针对战斗部常规生产检验,提出了采用多个光幕靶、数据采集仪和位置标识器进行测速的方法。光幕靶探测破片穿过的时刻,数据采集仪记录波形并提取破片穿过光幕靶的时间,位置标识器可以识别破片飞行的方向角度,从而计算破片实际飞行的靶距。介绍了测速系统的组成,光幕靶设计以及测速系统的冲击与破片杀伤防护措施。采用战斗部静爆试验验证了所提方法,结果表明所提方法准确有效。给出了破片穿过光幕的瞬态波形。     

基于爆炸火光光谱分析的大当量爆炸场破片速度测试方法研究

为了解决战斗部爆炸过程中,因爆炸物当量较大造成爆燃火球持续时间长,覆盖面积大,近场位置破片速度参数难于获取的问题,提出一种以激光光幕为有效传感区域的光电收发一体的测试方法。通过分析三种不同类型战斗部爆炸火光特征光谱分布可知,在0.3~1.0 μm波段内火光相对光强度较低。以此为依据,采用定距测时原理和原向反射技术,由固体激光器、菲涅尔透镜、窄带滤光器、高速光电传感器等关键光学元件构建破片速度参数获取的光学系统。系统光路收发一体,结构紧凑,窄带滤光片与激光光源配合使用避开火光光谱,有效抑制背景光的干扰。采用该系统进行了不同型号、当量的战斗部静爆破片速度参数测试现场实验,通过美国NI数据采集系统记录数据并对信号进行去噪和识别,成功获取了较高信噪比的波形信号。实验结果表明：本方案可完成爆心10~15 m附近破片速度的准确测试,最小可测破片尺寸为4 mm,获取破片速度可达1 200 m·s-1,与靶板测试结果对比可知捕获率优于95%。由于采用菲涅尔透镜形成矩形光幕,光幕上下的光强分布一致,水平方向光强均匀度达到80%以上,因此系统还可初步区分预制破片速度与尺寸的对应关系。     

杆式钨合金弹超高速撞击薄靶的能量损耗

超高速撞击过程伴随着复杂的物理过程。为分析杆式圆柱形钨合金弹超高速撞击薄钢靶时的物理过程,采用AUTODYN/SPH数值仿真计算方法获得了撞击过程模型及每个光滑粒子流体动力学信息,并通过广度搜索破片识别程序识别每个破片所含粒子,利用MATLAB编程对破片粒子数据信息进行统计分析,获得弹靶撞击过程的变化特性、弹靶破片数量、相关能量随撞击时间的变化规律。通过分析发现:随着弹体撞击速度的增加,剩余弹体被严重侵蚀,且弹体能量损耗增加,弹体损失的能量主要转变为弹靶破片动能;计算得到了撞击20μs时的能量损耗直方图,同时分析了发生撞击时靶板的能量变化过程,并简要描述了该过程。     

基于数值计算结果的破片战斗部威力仿真方法

建立了包含数值方法和分析方法的威力仿真方法。考虑数值计算的规模和复杂度，采用爆轰计算获得初始时刻破片场，利用分析方法描述破片飞散和破片作用目标的过程。采用该威力仿真方法，实现了对破片场形成、破片飞散、破片作用目标的全过程描述。数值计算采用LS-DYNA软件，为了获得战斗部初始时刻破片场，开发了接121处理程序。利用分析方法，建立了破片飞散和破片毁伤性能评估模型，飞散模型中考虑空气阻力等因素的影响，破片毁伤性能评估模型中采用THOR方程预估破片剩余速度、剩余质量和最大穿透厚度，从而获得破片弹道、破片威力参数和破片对靶板的毁伤效果。通过对虚拟靶板上命中破片进行统计，计算出破片命中靶板密度分布和破片飞散角分：布，完成破片战斗部威力仿真试验。在威力仿真方法的基础上，建立了系统仿真模型（图1）。采用面向对象的Visual Studio．NET编程语言，实现威力仿真软件的编码。     

破片模拟弹侵彻船用钢靶板的计算模型

为研究破片模拟弹侵彻钢板的过程,将模拟弹冲击钢装甲的侵彻过程分为初始接触、弹体侵入、剪切冲塞和穿甲破坏4个阶段进行理论分析。当靶板剩余厚度的剪切冲塞抗力小于延性扩孔抗力时,靶板的破坏模式完全转变为剪切冲塞;剪切塞块速度与剩余弹体速度相同时,推导出破片模拟弹侵彻钢靶板的能量转化及剩余速度公式,与实验及有限元分析结果吻合较好。研究结果对于破片侵彻钢靶板威力设计具有一定实用价值。     

光幕性能测试系统数学建模和软件设计

光幕性能测试系统主要是为研究更大规模的光幕靶和密集度靶提供必要的数据准备和理论基础的。研制出了用于探测光幕靶、密集度靶等光幕面内光能分布情况(光强度、一致性、均匀性)的测试仪器。光幕光能量数学模型的建立和光幕性能测试软件是非常重要的。为了了解其功能对光幕发光的情况,利用Visual C++6.0开发工具设计了一个光幕性能测试系统软件,实现了光能分布情况的采集和处理。文章从数学建模及软件设计两部分着重介绍了该系统的设计过程。测试结果表明,基本符合理论分析的光场能量计算公式,为光幕性能测试系统提供了可靠的数据和软件支持,提高了光幕性能测试系统的质量。     

弹体材料性能对破片形成的影响

为了获得弹体材料性能对破片形成的影响规律,应用破片战斗部设计软件,数值计算了82钢、50SiMnVB钢、40CrMnSiB钢及30CrMnSiNi2A钢等4种材料形成破片的情况,得到了4种材料形成的破片的飞散角、初速及质量分布的变化规律,并进行了破片质量分布的实验研究。结果表明,不同合金钢材料对形成的破片飞散角与初速的影响不大,且沿弹体轴向方向的变化规律相同,其中破片飞散角沿弹轴方向先减小后增大,破片的最大初速出现在距起爆点约72.5%圆筒长度处;但是对破片质量分布情况的影响较大,随着材料极限抗拉强度的增加和断裂韧性的降低,弹体破碎程度升高,总破片数增加了39.3%。     

可变形定向破片战斗部在不同展开模式下的性能数值模拟

为使战斗部具有多种定向毁伤模式并实现一定程度上的可控毁伤,提出了一种扇形装药的可变形定向破片战斗部,该战斗部可实现轴向展开和侧向展开2种模式。采用AUTODYN软件进行破片场的数值模拟。首先,基于战斗部单元体分析获得了距离轴心25 mm处的最佳起爆点位置;其次,对整个战斗部进行分析,在轴向展开模式下分析了轴向展开角度对破片飞散速度、破片数目和破片空间分布的影响,发现轴向展开角在60°～75°范围内毁伤效果较佳;最后,在侧向展开模式下分析了整个战斗部的破片速度和破片空间分布情况,结果表明破片具有明显的定向飞散特性。     

弧形光源镜头式光幕灵敏度分布研究

针对室内大靶面光幕测试需求,对一种镜头式光幕探测灵敏度进行了分析,探测光幕由弧形光源配接天幕靶组成。介绍了镜头式光幕测试系统的构成,分析了扇面光幕的工作机理,给出了相应的灵敏度计算公式,根据镜头成像和扇面光幕形成原理,研究了光源放置距离R以及镜头物距l对镜头式光幕探测灵敏度的影响,并通过实验进行了验证。研究结果表明:文中所提的镜头式光幕能够正常工作,研究结果对进一步工程化设计提供了参考。     

基于天幕靶的六光幕立靶测量原理

 为了能够同时测量弹丸在斜入射时的速度和着靶坐标,基于天幕靶的六光幕交汇立靶测量原理,利用6套天幕靶在空中形成6个探测光幕,当弹丸以一定的角度入射并依次穿过6个光幕时,由信号采集与处理系统测得弹丸穿过各个光幕的时间间隔,再根据各时间间隔值和系统结构参数,便可以求出弹丸的速度、弹道俯仰角、弹道方位角。给出了测量原理及公式,并对测量误差进行了分析,结果表明,该方法具有精度高且易于工程化的优点。     

用于CCD立靶的双光幕触发系统研究

针对靶场测试当中CCD立靶测量系统需要稳定可靠触发的需求,提出一种双光幕触发系统。采用镜头式光幕探测器配合高亮度LED慢散射光源组成触发探测光幕,利用2个同样的光幕探测器配合测时装置组成区截测速系统,根据测得的速度值判定飞越探测光幕的目标是否为真实弹丸,并决定是否输出触发信号。根据速度值V和触发光幕至CCD探测光幕的距离计算出弹丸飞越至探测光幕的时间,然后在弹丸飞越将近至探测光幕的时刻输出触发信号。该方案不但可以提高系统的稳定性,避免非真实目标对系统的干扰,还可以为后续CCD图像采集系统在准确时刻提供触发信号。经实验证明,所设计的双光幕触发系统的速度测量误差不大于0.4％,完全满足CCD立靶测量系统需要精确触发的要求。     

不同形状DU合金破片侵彻性能研究北大核心CSCD

为研究不同形状贫铀(Depleted Uranium,DU)合金破片的侵彻性能,首先进行了终点弹道实验,得到了圆柱形DU破片侵彻20 mm厚Q235B钢靶的终点弹道相关参数.然后通过AUTODYN软件进行了相应终点弹道仿真模拟,结果表明,仿真与实验结果基本一致,验证了仿真结果的正确性.随后又在原仿真的基础上增加了圆柱形、立方形和球形破片以不同着靶姿态侵彻靶板的数值仿真.结果表明,在相同质量和相同初速的条件下,棱角着靶姿态的立方体、楞线着靶姿态的立方体和球形破片的侵彻能力依次减弱,圆柱形和平行着靶姿态的立方形破片侵彻能力最差.若均以垂直姿态着靶,圆柱形破片侵彻能力要强于立方体,以棱角或楞线着靶姿态着靶的立方体具有更强的侵彻能力.     

双缝光幕靶设计

针对动力源火工品速度测试，设计了一种双缝光幕靶，实现对低速运动的火工品零件测速。与常规的单缝光幕靶不同，文中设计的双缝光幕靶将2个发射和接收装置融进一个单体结构，形成2个光幕。2台双缝光幕靶安装在同一个带有滑轨的固定架上，靶距可以任意调节。设计的双缝光幕靶可以替代传统的铜片测速方法，有效地提高了测量精度和实现了测量自动化。经过实弹射击和火工品试验验证，设计的双缝光幕靶测试系统可靠，测试数据准确。     

球形钨合金破片空气阻力系数实验研究

 实验研究了理想球形钨合金破片和经历爆轰驱动的球形钨合金破片长距离飞行时的速度衰减规律。实验结果表明：（1）对于理想球形钨合金破片，在同一初始速度条件下，衰减系数为常数，空气阻力系数与初始速度有关，两者成线性关系；（2）对于经历爆轰驱动的球形钨合金破片，由于有轻微的质量损失和变形，速度衰减规律与理想球形钨合金破片有明显的区别，空气阻力系数与飞行速度有关，两者成线性关系。     

天幕立靶探测光幕响应时间一致性测量方法研究

为验证弹丸穿过天幕立靶时6个光幕响应时间是否一致，以提高测试设备测速精度，提出了一种用于检测天幕立靶光幕响应时间一致性的测量方法，设计了一种基于该测量方法的模拟弹丸过幕信号源测试装置。该装置调用存储在ROM中的弹丸轮廓数据，经DA转换控制两路光源间隔亮暗变化一次，用于模拟弹丸依次穿过探测光幕所遮挡的光能量变化。利用信号采集与处理仪同步采集两路输出信号时间间隔，与装置设定时间间隔的差值比较完成测试。测试结果表明:输出两路信号的时间间隔与设定时间间隔间的差值均小于1 μs，满足6个光幕响应时间一致性技术指标要求，该测试装置及测量方法可用于天幕立靶光幕响应时间一致性测量。     

钨珠在穿靶过程中破损问题的数值研究

 使用二维有限元法,研究了直径为6 mm和8.5 mm的预制破片（钨珠、钢珠）以不同速度在稠密气体中飞行时的破损问题,初步确定了珠子破损的阈值速度。研究表明,破损的程度与珠子的速度、材料、大小有密切关系。同时还研究了破损了的破片对6 mm厚钢靶的穿透能力。     

基于平面方程的六光幕精度靶工程化建模及精度分析

针对传统几何法在六光幕精度靶测量模型解算及精度分析中因取近似结构参数而引入误差的问题,提出了基于平面方程的精确解算及精度分析法.依据工程实际,构建了高通用性的六光幕精度靶工程化测量模型及误差传递模型,系统地仿真比较了两类六幕结构中靶距及靶距误差、斜幕角度及角度误差、光源和接收对准误差等多误差源对弹丸速度及着靶坐标测量结果的影响,获得了一系列探测靶面内的测量误差分布数据,并结合实际给出了一个可满足坐标测量误差小于3 mm,相对测速误差小于0.3%指标的工程设计实例.研究结果可为六光幕精度靶的工程化设计与精度评估提供可靠的理论基础及数据参考.     

高速摄影法测量弹丸的破片速度

本文介绍高速摄影法测量弹丸破片飞散速度的几种方法,着重讨论了直接摄影法,它能显示破片在距起爆弹丸较近距离上的防影图象,经数据处理,可获得诸破片速度大小的分布值,还可望求得同一破片在其飞行轨迹上的速度衰减量。     

原向反射式大面积三角形探测光幕灵敏度分布

分体式大靶面测试系统的探测光幕灵敏度直接影响飞行弹丸速度测量的精度。可在散布不大的情况下,使用反射膜与激光器代替矩形大面积测试系统中的人工光源,简化测试系统。对新建的三角形探测光幕的灵敏度进行了分析,综合考虑激光器在不同传播距离处的光强度衰减、空间的非均匀性分布及反射膜逆反射系数和镜头离轴效应等因素,采用数值仿真和实弹试验的方法,将同一弹径的弹丸穿过光幕不同位置时的灵敏度等效到同一基准点进行归一化分析。结果显示,镜头离轴效应对灵敏度影响最大,激光器空间非均匀性分布影响最小。在3.5 m×2 m(宽×高)的直角三角形探测光幕区域进行实弹试验,其结果与仿真结果一致,距镜头越近,灵敏度越高;反之越低。研究结果可为类似原向反射式大面积探测光幕的工程设计提供参考。