高速杆式弹丸三维数值模拟

 应用LS-DYNA动力学分析软件对变球缺型罩装药结构下高速杆式弹丸的形成过程进行数值模拟研究，揭示了其成型机理，并研究了中心点起爆、四点同时起爆和环形起爆等三种起爆方式对高速杆式侵彻体的成型和性能参数的影响，得到了弹体的速度分布。数值计算结果显示：变球缺型罩装药结构能形成速度高、长径比大、质量分布合理的高速杆式侵彻体，其成型机理兼有聚能射流和翻转型爆炸成型弹丸的特点，即上半部罩微元直接向轴线压合，下半部罩微元向轴线压合时逐渐向后翻转变形。不同起爆方式下所形成的高速杆式弹丸的形状和性能参数有所不同，其中环形起爆所形成的弹体性能参数最优。实验结果所反映的起爆方式的影响规律与数值计算结果是一致的。     

尾翼型爆炸成型弹丸的数值模拟及实验研究

 在药型罩上粘附铝隔板是一种新的形成尾翼型爆炸成型弹丸（Explosively Formed Projectile,EFP）的实验方法。通过实验和数值模拟对该方法进行了分析,探讨了形成尾翼的机理。利用有限元分析软件LS-DYNA,对大锥角型、球缺型和弧锥结合型3种不同药型罩在采用新方法时形成的尾翼型EFP进行了三维数值模拟分析,并将模拟结果与实验结果进行对比。研究结果表明：3种药型罩均能形成比较明显的尾翼,数值计算结果与实验结果较吻合。该研究为设计尾翼型EFP提供了一种新的参考方法。     

串联战斗部前级K装药结构的优化设计

针对串联战斗部前级装药大开孔兼顾侵深的要求,应用LS-DYNA有限元软件,结合正交优化设计方法,仿真研究了K装药的药型罩及隔板结构参数对高速聚能杆式射流成型的影响规律,找出了形成较高头部速度的聚能杆式射流的药型罩外壁曲率半径和偏心距(分别为90~110mm和35~40mm)。计算得到了各结构参数(偏心距、罩外壁曲率半径、壁厚、隔板直径、张角、锥角)对聚能杆式侵彻体成型指标(头部速度和头尾速度差)影响的主次顺序,获得了K装药结构参数的最佳组合。进行了X光成像及侵彻钢靶实验,侵深达到装药口径的3.73倍,侵彻孔径为装药口径的0.36倍,侵彻孔径较均匀。数值模拟结果与实验结果吻合较好,研究结果为串联聚能装药技术的进一步研究提供了参考依据。     

切割式双模战斗部毁伤元成型及侵彻钢靶特性研究

 基于60 mm弧锥结合罩爆炸成型弹丸（EFP）装药,设计了一种在药型罩前适当位置安装可抛掷的十字形网栅的切割式双模战斗部结构,其具有生成单个EFP或者多爆炸成型弹丸（MEFP）的功能;根据目标属性,可选择性地改变战斗部的毁伤元成型模式,实施最有效的打击。利用LS-DYNA程序,对两种模式毁伤元成型及侵彻45钢靶过程特性进行了数值模拟,模拟结果与地面静爆实验结果吻合较好。研究表明,该战斗部形成的单个EFP能贯穿25 mm厚45钢靶,可有效打击重装甲目标;经网栅切割后能形成5片具有一定质量和方向性、可贯穿6 mm厚45钢靶的EFP破片,显著提高了对轻装甲目标的毁伤概率。     

爆炸成型弹丸战斗部不同侵彻着角下的毁伤能力研究

 利用LS-DYNA仿真软件,对爆炸成型弹丸（EFP）毁伤能力与EFP侵彻着角关系进行了研究。结果表明：随着EFP着角从0°增加到40°,EFP侵彻靶板的垂直侵彻深度减小了34.2%,开孔处孔径大小增加了18.2%。侵彻过程中,EFP头部速度与时间呈线性规律变化,并且当EFP着角越大时,头部速度下降趋势越快;EFP垂直侵彻深度与时间先呈线性增长,随后上升趋势变得缓慢;不同侵彻着角下的侵彻参数与时间的关系趋势一致。基于EFP的垂直侵彻理论和杆式弹的斜侵彻理论,结合仿真拟合曲线,得到了EFP垂直侵彻深度与侵彻着角的修正计算公式。     

钽罩结构参数对EFP成型及侵彻性能的控制

针对钽材料在成型装药战斗部中的应用问题,采用LS-DYNA仿真软件,研究了弧锥结合形钽药型罩结构参数(药型罩锥角、药型罩壁厚和药型罩圆弧半径)对EFP成型及侵彻性能的影响。揭示了各结构参数对EFP成型性能的控制规律,其中药型罩锥角控制EFP的轴向拉伸及径向收缩的能力,药型罩壁厚控制EFP的头部速度及尾部断裂与外张情况,药型罩圆弧半径控制EFP的头部形态及其绝对实心长度。获得了成型性能较佳的钽罩结构参数取值范围,其中药型罩锥角为143°~147°,药型罩壁厚、圆弧半径分别为0.024~0.026倍和0.7~0.8倍装药口径。各结构参数对EFP侵彻深度及侵彻孔径影响的主次顺序分别为:药型罩圆弧半径、药型罩锥角、药型罩壁厚和药型罩锥角、药型罩壁厚、药型罩圆弧半径。确定了EFP成型及侵彻性能均较佳的钽罩结构参数组合:药型罩锥角为145°,药型罩壁厚、圆弧半径分别为0.025、0.70倍装药口径。     

准球形爆炸成型弹丸的形成、飞行及侵彻过程的数值模拟

 应用AUTODYN-2D软件，对准球形爆炸成型弹丸的形成、飞行及侵彻过程进行数值模拟。分析了爆炸成型弹丸的形成过程，药型罩曲率半径对其成型影响；应用拉格朗日/欧拉混合方法对飞行过程进行模拟计算，利用对速度-位移曲线拟合的方法求出衰减系数；并对弹丸侵彻靶板过程作了简要分析。     

球缺药型罩爆炸成型弹丸数值模拟

 利用LS-DYNA软件提供的二维轴对称拉格朗日计算编码,对钻地弹前级球缺形药型罩爆炸成型弹丸问题进行了数值模拟。讨论了计算方法的选取依据,考察了典型的射弹形成过程、壳体飞散过程以及射弹速度与动能,分析了不同模型的计算结果差异,实验结果与计算符合很好。     

偏心罩在内嵌馈电结构EFP战斗部中的应用

采用中间馈电布局的毫米波敏感体制末敏弹,需要将部分敏感器件嵌入弹载爆炸成型弹丸(EFP)战斗部的装药内,改变了装药结构并影响了爆轰波的传播,给EFP的成型过程带来了较大的负面影响。为了调整药型罩的壁厚分布,进而对药型罩的压合过程施加影响,设计了偏心药型罩结构并配用于EFP战斗部,以控制药型罩完全向后翻转,使其形成大长径比的成型弹丸。实验中测得的EFP成型及侵彻结果基本符合数值模拟的预期,证明配用偏心布局药型罩的有内嵌结构EFP战斗部,能够得到飞行稳定的大长径比成型弹丸,可以解决敏感器件内嵌给战斗部成型带来的负面影响。     

包覆式爆炸成型复合侵彻体成型规律研究

 包覆式爆炸成型复合侵彻体是通过炸药爆炸驱动金属药型罩包覆内核活性材料而形成的一种新型高效毁伤元。为了设计带包覆物的小长径比聚能装药结构,采用AUTODYN非线性动力学分析软件,分析了主要结构参数对包覆效果的影响规律,得到了能够实现复合侵彻体爆炸包覆的较优结构。通过脉冲X光拍摄了具有较优结构的复合侵彻体成型过程,试验结果与仿真结果符合较好,验证了仿真计算的可信性。     

铅对粉末药型罩性能的影响

 为了研究铅粉对钨铜粉末药型罩性能的影响,在钨铜药型罩原配方的基础上,添加5%～20%的铅粉进行实验研究。实验结果表明：添加铅粉可以减少粉末药型罩的孔隙度;随着铅粉添加量的增加,射流的侵彻深度和入口孔径均增加,当铅含量为10%～15%时,侵彻深度和入口孔径达到最佳值,侵彻深度可以提高30%,再添加铅粉,侵彻深度和入口孔径均随之下降。从粉末药型罩成型以及射流的形成、拉伸及侵彻靶板等方面,对造成这种现象的原因进行了详细分析,获得了铅对粉末药型罩性能影响的一些机理认识。研究结果为铅粉代替铋粉添加到钨铜粉末药型罩以提高其侵彻性能提供了一定的理论依据。     

不同罩材聚能装药对多层介质侵彻的实验与数值模拟

 为实现聚能装药对多层介质的大破孔侵彻,提出了钛合金药型罩聚能装药设计方案。采用实验与数值模拟相结合的方法,对钛合金、低碳钢及紫铜罩聚能装药侵彻多层介质进行了研究,分析了钛合金聚能侵彻体相对于紫铜和低碳钢侵彻体在成型过程中,其动能、头部速度及射流长度等的差异,并对侵彻过程中应力波的传播特性进行了分析。结果表明：相对于紫铜和低碳钢,钛合金罩聚能侵彻体的能量转换率高,所获得的动能大,头尾速度梯度小,外形更为短粗;虽对多层介质侵彻时侵彻深度有所减小,但漏斗坑尺寸明显增大,且平均破孔孔径提高了约20%。     

线阵激光二极管侧面抽运Nd∶YAG激光器特性研究

依据四能级系统速率方程 ,推导出了多横模振荡固体激光器输出与输入参量的关系。对二极管抽运固体激光器中线阵激光二极管三向对称侧面抽运结构 ,计算了抽运光强分布 ,并就激光器的阈值抽运功率、近阈值条件下的斜率效率、输出功率和光束质量等与抽运参量的关系 ,进行了数值计算。由计算结果看出 ,线阵激光二极管侧面抽运Nd∶YAG激光器中晶体半径和抽运光束腰半径是影响输出激光功率和光束质量的主要因素 ,并通过在谐振腔中加小孔选模 ,使光束质量得到明显改善。选择了一组三向侧面抽运结构参量进行了实验验证 ,实验结果与理论计算一致。     

多点起爆下药型罩表面压力分布规律研究

 为了掌握多点起爆下药型罩表面压力的分布规律以及起爆点参数对压力分布的影响,运用LS-DYNA 3D有限元软件,对多点起爆时爆轰波相互碰撞并作用于药型罩的过程进行数值仿真研究。仿真结果与实验结果吻合较好。研究结果表明：多点起爆时,爆轰波在起爆点的对称平面处发生碰撞,碰撞位置出现超压现象,导致作用于药型罩表面的爆轰载荷分布不均匀,爆轰波碰撞区域的压力高于非碰撞区域;随着起爆点间距的增大,爆轰波作用于药型罩顶部的压力逐渐增大,而边缘部位的压力则逐渐减小,当间距为50 mm时压力发生突降,即起爆点间距存在上限值;随着起爆点数的增加,药型罩表面微元的压力逐渐增大,但增加幅度逐渐减小,压力的总体分布规律相似。研究结果为带尾翼爆炸成形弹丸战斗部中起爆点参数等关键技术设计提供了理论依据。     

曲率变化对激光陀螺损耗及性能的影响研究

为了研究曲率半径变化对激光陀螺性能参数的影响,基于谐振腔理论,建立了衍射损耗理论计算模型,通过仿真计算了曲率变化引起激光陀螺束腰的变化,从而导致衍射损耗的变化。从光阑处衍射损耗对陀螺背向散射的影响出发,分析了束腰对激光陀螺性能的影响。通过分析计算得出:当反射镜曲率变化小于0.3 m时,引起衍射损耗变化3%,导致零偏最大变化约0.013;当反射镜曲率变化0.6 m时,引起衍射损耗变化约15%,导致零偏最大变化约0.021;而曲率半径变化大于1.5 m时,衍射损耗变化达30%以上,这将引起谐振腔失谐即无法产生激光振荡。通过改变不同曲率,测量陀螺腔损耗和性能,所得的试验结果和理论计算一致,曲率半径变化对衍射损耗和陀螺性能影响较为显著。     

基于白光干涉的光学球面半径测量研究

光学球面曲率半径是决定光学球面光学特性的重要参量,通过测量光学球面的曲率半径，可以审核光学元件设计制造质量。在基于白光干涉理论基础上，将莫尔光栅位移测量系统及CCD数字图像采集处理系统集成到迈克尔逊干涉仪上，利用CCD数字图像处理技术，构建了光学球面曲率半径自动测量系统。该测量系统对于大曲率半径的光学球面测量精度较高；对于半径R＝71.2037mm的光学球面,其测量标准误差σR＝0.4723mm。实验结果表明：设计的光学球面自动测量系统可以对大曲率半径光学球面实现高精度测量。