二级轻气炮超高速弹丸发射技术的研究

 本文研究了提高二级轻气炮弹丸速度的发射技术途径。通过数值计算对各种装填参量的影响进行了详细讨论。认为减小弹丸质量、活塞质量以及注气压力，可使二级轻气炮在较少的装药量条件下提供较高的弹丸速度。目前已经做到在5 kg装药时，使30 g的弹丸达到7.2 km/s速度；60 g弹丸达到5.7 km/s速度；26 g弹丸达到7.4 km/s速度。装填3.5 kg药量时，使10.3 g弹丸达到了8.1 km/s速度。     

多级爆轰驱动——研究超高速碰撞的一种新的加载技术

 讨论了通过多级爆轰驱动方法获得超高速飞片的问题。理论分析、数值模拟和实验结果表明,由这种方法获得超高速飞片是可行的。这种多级爆轰驱动装置结构简单,操作方便,可作为研究超高速碰撞的一种新的加载手段。     

弹丸超高速撞击防护屏碎片云数值模拟

 低地球轨道的各类航天器易受到微流星体及空间碎片的超高速撞击。这些撞击损伤航天器飞行的关键系统,进而导致航天器发生灾难性失效。为了保证航天员的安全及航天器的正常运行,微流星体及空间碎片防护结构设计是航天器设计的一个重要问题。采用AUTODYN软件进行了弹丸超高速正撞击及斜撞击防护屏所产生碎片云的SPH法数值模拟,给出了二维及三维模拟结果;研究了防护屏厚度、弹丸形状、撞击速度以及材料模型等对碎片云的影响。模拟结果同高质量实验研究的结果进行了比较,模拟的碎片云形状和碎片云特征点的速度同实验相吻合。验证了数值模拟方法的有效性。     

气炮加载下炸药强爆轰驱动技术的初步实验研究

 利用二级轻气炮进行了炸药强爆轰驱动超高速飞片技术的研究,采用多普勒探针系统（Doppler Pins System,简称DPS）对二级飞片的速度历史进行了测量。初步获得了在较高速度（大于5 km/s）一级飞片的作用下、二级飞片的速度增益情况,并基本掌握了强爆轰驱动技术与二级轻气炮发射技术有机结合的实验技术。初步实验结果表明,采用炸药强爆轰驱动技术可使二级飞片获得较高的速度增益。     

一种超高速发射实验装置的改进及其数值模拟

 以流体比容方法和三阶PPM方法为基础,给出了适用于三级气炮超高速发射过程数值模拟的多流计算方法和计算代码MFPPM。利用Sandia实验室一系列的实验装置及其结果对计算代码进行了验证和确认,获得了较好的数值模拟结果（其中最大相对误差为1.07%）,同时对冲击波物理与爆轰物理实验室设计的实验装置进行了数值模拟,计算结果与实验结果相差1.04%。为了更好地满足超高压下材料状态方程的测量,提出了一种带汇聚型的改进装置设计,并给出了相应的数值模拟结果。     

弹丸形状对超高速撞击厚合金铝靶成坑影响的数值模拟

采用AUTODYN软件进行了弹丸形状对超高速正撞击厚合金铝靶成坑过程影响的数值模拟。给出了二维及三维模拟的结果。研究了在相同质量和速度的条件下,不同形状弹丸长径比、撞击方向等对超高速撞击厚合金铝靶所产生弹坑的损伤特性尺寸和成坑形状的影响,并与球形弹丸撞击所产生的坑进行了比较。结果表明：弹丸的长径比越大,弹丸的撞击成坑深度越大;非球弹丸的形状和撞击方向不同,成坑的形状和损伤的特征尺寸是不同的。     

汇聚型超高速发射装置的发射腔计算设计北大核心CSCD

使用多介质流体高精度计算程序(MFPPM,Multi-Fluid Piecewise Parabolic Method)对汇聚型超高速发射装置的发射腔进行了计算设计。根据发射腔角度的不同,提出了3种改进的发射腔结构,计算研究了发射腔角度和TPX厚度对二级飞片速度、速度差异和击靶位置平面性的影响。计算结果表明:在3种TPX厚度以及击靶位置下,使用第2种发射腔结构发射出的二级飞片的平面性最好、速度最高、汇聚效果最强,但平面性范围最小,且二级飞片自由面速度差异变大,其平面性难以得到维持。     

超高速撞击产生的等离子体特性研究

采用理论分析和数值模拟方法,对超高速撞击过程中产生的等离子体特性进行了研究。首先,结合热力学和统计物理理论,建立热电离物理模型,推导出热平衡等离子体电离度与温度的关系;进而由热平衡状态下的速度分布,获得等离子体电导率与温度的关系;最后,建立铝弹丸撞击靶板的三维有限元模型,模拟出弹丸以6.0km/s的初速度、60°入射角斜撞击平板的全过程,给出物理模型中所需的物理参数,分析了超高速撞击过程中产生的等离子体特性。通过对比物理实验中测得的等离子体参数,表明模型预测结果与实验结果具有较好的一致性,验证了该模型的有效性。     

基于特征长度的非球形弹丸超高速撞击碎片云特性研究

 根据ORDEM2000模型和卫星标准解体模型（SBM）,确定空间中真实空间碎片的典型形状和撞击姿态。利用AUTODYN仿真软件,基于碎片特征长度,对立方体、方形薄片超高速撞击产生的碎片云进行三维数值模拟,从形状、质量分布、速度分布与能量分布深入分析碎片云特性,并与通用的球形标准弹丸进行比对。结果表明：弹丸形状及撞击姿态对碎片云特性有显著影响,立方体和方形薄片弹丸角撞击时产生的毁伤能力最大,而球形弹丸最小。因此,基于标准球形弹丸获得的弹道极限方程低估了航天器遭受空间碎片撞击损伤的风险,而基于真实碎片特征长度的弹丸形状效应研究将对现行的球形弹丸弹道极限方程（或曲线）做出更合理的修正。     

表面质量检测系统中超高速图像数据采集与处理平台的设计与实现

以钢板表面检测图像数据采集与处理的应用为背景,设计了3GSPS（Giga Samples Per Second）超高速数据采集与处理平台。采用时钟双边沿采样的方式提高采样率,使得系统最高采样率达到3GSPS,采用FPGA芯片解决了ADC采样后高速数据的采集与存储的难题。该平台的通用性以及灵活性较强,可在钢板表面检测图像系统中得到广泛的应用。     

超高速发射中缓冲层材料对钽飞片速度影响的数值分析

 在超高速发射技术研究中,缓冲层材料起着十分重要的作用。通过数值计算,分析了TPX缓冲层材料的厚度对高阻抗钽飞片超高速发射速度的影响,给出了最优的缓冲层材料厚度,对于0.3和0.5 mm厚的钽飞片,选取不同厚度的TPX缓冲层材料,钽飞片中心速度的相对误差达到5%～6%;为了比较不同缓冲层材料对钽飞片速度的影响,还给出了相同厚度的TPX和Lexan材料作缓冲层时,钽飞片的中心速度和压力历史的二维计算结果。     

低真空条件下炸药强爆轰驱动超高速飞片实验研究

 采用X光照相和电探针技术进行低真空条件下炸药强爆轰驱动超高速飞片实验研究,得到了在不同时刻超高速飞片撞击静止靶的图像。实验结果表明,在低真空条件下,通过多级爆轰驱动方法得到次级飞片速度较高,而且具有相当好的平面性。     

三级炮加载技术在超高压状态方程研究中的应用

根据阻抗梯度飞片设计原则和超高速数值模拟技术设计出一种新的叠层波阻抗梯度飞片,并利用三级炮加载技术将Ta飞片加速至9 km/s以上,测量了Ta在超高压下的状态方程。三级炮实验实现了冲击波速度与粒子速度的同时测量,Ta的Hugoniot数据与文献中发表的数据具有很好的线性关系,说明三级炮加载技术适合于材料超高压状态方程研究。     

二级轻气炮弹丸速度过程测量实验技术研究

 针对二级轻气炮发射管的特性，设计了测量景深长达13 m的光纤探头，选择条纹常数为100 m/s的高灵敏度激光干涉测速仪，结合任意反射面激光干涉测速技术进行了实验，测量了发射口径Φ32 mm、长度12 m的二级轻气炮弹丸发射过程，测得弹丸运动距离11.3 m时的速度为3 960 m/s，与磁测速的结果一致，通过实验测得的速度历史，进而获得弹丸在发射管内的加速度过程，为炮内弹道研究提供了更直接的实验数据。     

超高速弹丸撞击三维编织C/SiC复合材料双层板结构的实验研究

 目前在航天器防护结构设计中,采用的方案仍是双层（或多层）屏蔽结构 。双层板屏蔽结构由前板、后板和空隙组成。实验采用一种新型三维四向碳纤维织物结构增强SiC陶瓷基复合材料（简写为3DBC/SiC）做前板,其在超高速弹丸冲击作用下发生粉末化,和铝板做前板相比,所形成的碎片云团中有效碎片数目大大减少,减轻了对后板的破坏作用。结果表明：3DBC/SiC是航天器防护结构设计中一种比较理想的防护材料。     

超高速撞击2A12铝过程中铝原子的光谱辐射特征

为了揭示超高速撞击2A12铝中铝原子的光谱辐射特征,利用建立的二级轻气炮加载系统和光谱仪采集系统,采集3种不同实验条件下的光谱辐射强度并结合量子力学对2A12铝靶中铝原子的能级理论进行了描述。在Al原子球形壳层中发现,电子的相对几率4πr2R2随相对原子中心的距离r变化的图形具有波动性的特点,电子在能级及其附近运动;原子核周围的电子在能级轨道出现的几率最大,电子在能级轨道周围出现的几率较小;Al的原子光谱都出现一定的展宽,验证了电子的能级跃迁释放或吸收能量的几率亦随原子中电子的位置波动变化。实验结果还表明:随着碰撞速度的增大,在Al原子光谱中波长较小谱线的辐射强度增加较快,波长较长谱线的辐射强度增加缓慢。     

超高速碰撞2A12铝板产生闪光辐射的空间演化规律

为了描述超高速碰撞2A12铝板产生闪光辐射的空间演化规律,利用瞬态光纤高温计测量系统并结合二级轻气炮加载系统,开展了弹丸以30°的入射角度和不同碰撞速度条件下的超高速撞击实验。基于闪光辐射强度和辐射温度的实验数据处理得到了超高速碰撞2A12铝板在撞击点附近产生的最大闪光辐射强度和最大闪光辐射温度,基于大量实验,建立了撞击点附近最大闪光辐射的空间演化模型。并结合Origin软件对实验所得数据的拟合,得到了最大闪光辐射强度和辐射温度随探测点到着靶点间距离变化的拟合函数关系式。实验结果还表明:在相近碰撞速度、相同碰撞角度条件下,在同一椭球面上不同探测点位置处的最大闪光辐射强度和最大闪光温度差别不大,验证了撞击产生的闪光辐射以近似椭球的形状向外膨胀,随着等离子体云的向外膨胀,离碰撞点越远产生的最大闪光辐射强度和最大闪光辐射温度均越小;在相同碰撞角度、不同碰撞速度条件下,在同一椭球面上不同探测点位置处的最大闪光辐射强度和最大闪光温度均随碰撞速度的增加而增大。该研究在导弹拦截、天体物理及深空探测领域具有重要的应用价值。     

基于ARM的某型火箭炮角限位器模拟系统设计

为减少装备损耗,展现某型火箭炮角限位器工作过程和常见故障,设计了基于ARM的角限位器模拟训练系统;以TX2440A开发板为基础,设计了高低角限位器模拟装置、方向角限位器模拟装置和输入输出控制显示电路;采用Linux C++多线程编程技术和QT技术,设计了硬件驱动程序,驱动调用程序和软件操作界面,实现了两种角限位器工作过程和常见故障的模拟;实验结果表明,该系统能准确、实时地反映角限位器的工作状态和故障现象,为教学训练提供了可靠的平台。