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。     

非金属壳体低附带战斗部实验与破片飞散分析

为了研究低附带战斗部的非金属破片飞散特性,结合某低附带杀伤战斗部静爆威力实验,对战斗部爆炸产生的非金属破片初速以及速度衰减情况进行了分析。基于能量守恒得到了包含壳体结构和材料强度因素的破片初速公式;基于破片在空气中飞行运动情况的分析,通过对球形破片阻力公式和等效面积进行修正,得到了非金属自然破片的速度衰减规律。所得结果较好地解释了战斗部静爆实验中的破片终点效应情况,亦可为该类战斗部破片毁伤效应评估提供一种分析方法。     

不同形状DU合金破片侵彻性能研究

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20mm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。     

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.     

起爆方式对非圆截面装药结构释能特性的影响

为了研究不同起爆方式下非圆截面装药结构的释能规律,采用AUTODYN软件开展了非圆截面装药结构在不同起爆方式下的释能特性数值模拟,分析了起爆方式对爆轰波形演变、破片质量、破片初速的影响。结果表明：由于装药结构的特殊性,采用端部单点起爆时装药能量分布不均匀,部分区域产生大量的无效小质量破片,且不同位置处的破片初速波动较大;采用端部两点和端部三点起爆时,能够对爆轰能量起到匀化效果,减少无效破片数量,提升破片初速的一致性。由此证明通过调整起爆方式可以对非圆截面装药结构的能量输出结构进行有效调控,对其周向能量场起到匀化效果。     

高压气体载荷下预制破片与空气冲击波的运动关系

冲击波与破片的运动关系直接决定两者对目标的联合毁伤效果,采用有限体积方法和网格自适应技术,对高温高压气体载荷作用下圆形刚体破片的运动规律、冲击波的衰减规律以及两者的运动关系进行了数值模拟研究。结果表明,高温高压气团形成的冲击波与破片作用发生反射和透射,在破片前后形成的压力差是导致其加速的主要原因。在破片数量一定的情况下,破片距离高温高压气团中心越远,初速越小。当破片与高温高压气团中心的间距相同时,破片数量越多,初速越大。同时研究发现,冲击波与刚体球存在复杂的追逐关系:当初速较大时,破片和冲击波相遇两次;初速减小时,二者相遇一次;初速进一步减小时,二者不能相遇。冲击波与刚体球破片的前后关系将会影响它们对目标的毁伤是否存在耦合关系。     

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%。     

预制破片与轻质壳体阻抗匹配对破片初速及完整性的影响

依据杀伤战斗部装药对破片爆轰加载过程的特征,设计了与其较为相似的滑移爆轰单元结构实验模型,采用闪光X射线照相方法获得了预制破片和轻质壳体在两种典型排布顺序下的破片初速及破损情况,并结合应力波传播理论对实验结果进行了分析。结果表明:破片外置时,初始应力波由低阻抗金属材料向高阻抗金属材料传播,破片受到壳体传入的冲击波及空气传入的拉伸波作用,初速较高,轻微破损;破片内置时,初始应力波由高阻抗金属材料向低阻抗金属材料传播,虽然破片受到爆轰产物传入的冲击波及壳体反射的拉伸波作用,但初速相对偏低,易发生破损,甚至有明显层裂现象。     

激光高速摄影系统在破片飞散速度测量中的应用

激光－高速摄影系统用于测量小口径弹丸破片的飞散速度是一项新技术。其特点是它可以直接记录距起爆弹丸小于0．5米范围内弹丸破片飞散阴影图象和轨迹,直观逼真。同时能显示若干破片的形状和飞行姿态,通过胶片数据,可求得这些破片的真实飞散速度、速度降以及破片飞行的阻力系数,它把一般高速摄影拍摄破片的时间分辨率提高了4－5倍,这是目前获得破片飞散速度真实值的最好方法之一。     

预制破片冲击起爆裸炸药的理论分析

为了研究球形、圆柱形和正多棱柱形预制破片冲击起爆裸炸药的规律,利用Mathcad软件,基于Held高能炸药冲击起爆u2 d判据进行了理论计算与分析,着重比较了破片的质量、密度、形状、长径比、棱数等对冲击起爆裸炸药特性的影响,并与AUTODYN的仿真结果进行了比较。结果表明:对于球形破片,直径一定时,破片密度增大,质量增加,起爆能力增强;相同材料和直径的球形破片与长径比为1的圆柱形破片相比,圆柱形破片的起爆能力优于球形破片。对于圆柱形和正棱柱形破片,密度和质量一定时,随着长径比的增加,破片的起爆能力下降;正棱柱破片的棱数增加时,起爆能力降低,当棱数趋于无穷时,效果趋近于相应的圆柱形破片。     

激光垂直推进飞行试验设计方法

在激光单脉冲能量特性分析基础上,通过光船运动过程中的受力分析,提出了最小单脉冲能量、最小平均推力和最小冲量的设计方法,提出了光船垂直推进的运动方程以及光船速度和位移的计算方法,计算了空气阻力、摩擦阻力、光船质量等主要因素对飞行速度、平均推力等的影响。定量研究结果表明:空气阻力的影响可以忽略不计;摩擦阻力越大,飞行速度越小;光船质量越大,完成飞行任务所需的最小单脉冲能量越大。     

Response of force behaviors of a spherical particle to an oscillating flow

Combined multi-direct forcing technique and the immersed boundary method is applied to investigate the response of force behaviors of a fixed spherical particle to an oscillating flow. The influences of the inlet oscillating flow at a mean Reynolds number of 300 with six different oscillating frequencies and three oscillating amplitudes are investigated. Three different zones with different behaviors are identified and the specific behaviors of the drag and the lift coefficients are analyzed. The averaged drag coefficient and the maximum lift force exerted on the particle increase with the increment of the oscillating Reynolds number or the oscillating amplitude. When the frequency of the inlet flow is equal to the natural vortex shedding frequency, the average drag coefficient reaches the maximum value. A linear relation between the gradient of the maximum lift coefficient and the frequency as well as the amplitude of the inlet oscillating flow is observed in certain regime.     

Viscous Interaction Between a Vortex Tube and a Rotating Spherical Particle

The transient advection of a cylindrical vortex tube in a viscous incompressible flow field and its interaction with a rotating/spinning spherical particle has been investigated numerically at Reynolds numbers in the range of 20≤ Re≤200 for angular velocities of 0≤Ω≤0.5. The effects of vortex parameters such as size, circulation strength and initial position relative to the particle, on the temporal behavior of the lift and drag forces are studied. Vortex‐sphere interactions bring about major changes in the flow field particularly when coupled with particle rotation. It is observed that the forces acting on the particle are significantly influenced during the time that the vortex core is in the vicinity of the particle. The extent of these local changes are about ±30% in the drag coefficient and about ±200% in the lift coefficient as compared to flow over a rotating solid sphere with no vortex interaction. It is also found that a vortex with core radius between one and two particle diameters creates the strongest temporal variations in the lift and drag coefficients. Furthermore, maximum lift variations occur for the vortex‐particle head on collision, while a vortex with an offset distance of about one diameter from the principal flow axis generates the maximum drag variations.     

Effect of a rough surface on the aerodynamic characteristics of a two-bladed wind-powered engine with cylindrical blades

We have reported the results of experiments on determining the drag coefficient and the thrust coefficient of a two-bladed wind-powered engine based on the Magnus effect with rotating rough cylinders in the range of air flow velocity of 4–10 m/s (Re = 26800–90000) for a constant rotation number of a cylindrical blade about its own axis. The results show that an increase in the Reynolds number reduces the drag coefficient and the thrust coefficient. The extent of the influence of the relative roughness on the aerodynamic characteristics of the two-bladed wind-powered engine has been experimentally established.     

高风速下海洋飞沫水滴对拖曳系数的影响

海面飞沫水滴改变着海气动量通量的分布, 从而在相当程度上影响着海面拖曳系数. 为了能够精确估计海面飞沫水滴对海面拖曳系数的影响, 推导出新的依赖于风速和海浪状态的海洋飞沫生成函数, 将该飞沫生成函数用在改进的飞沫动量通量计算公式中进行飞沫动量通量的计算, 发现本文提出的飞沫动量通量计算公式对海浪状态具有较强的敏感性, 能够清晰地表达海浪状态对飞沫动量通量的影响. 海面总动量通量包含飞沫动量通量和海气界面动量通量, 基于此理论, 得到高风速下受飞沫水滴影响的海面拖曳系数关系式, 从关系式的理论值可知, 在高风速下, 海面拖曳系数开始衰减, 说明高风速下海面飞沫水滴能够抑制拖曳系数值的增加. 将理论结果与实验室和外海测量值进行对比, 发现海面拖曳系数的理论值变化范围覆盖了测量值, 同时将该海面拖曳系数代入海浪模式进行台风浪模拟, 发现海浪模式能够较好地模拟出有效波高, 说明本文提出的新的海面拖曳系数公式能够合理地用在高风速条件下.     

Experimental Study on Physical Mechanism of Drag Reduction of Hydrophobic Materials in Laminar Flow

We experimentally study the physical mechanism of the drag reduction of hydrophobic materials in the macroscopic scale. The experiment includes the drag and velocity measurements of laminar boundary layer flow over flat plates, and the observation of air bubbles on the surfaces. The plate surfaces have different wetting and roughness properties. In the drag measurements, the plates with bubbles on the surfaces lead to drag reduction, but not for those without bubbles. Velocity measurement confirms that the flow is laminar and gives apparent fluid slip on the plate wall with bubbles. In observation, air bubbles in macroscopic size emerge and enlarge on hydrophobic surfaces but not on hydrophilic surfaces. Therefore, the drag reduction of hydrophobic materials is explained by the generation of air bubbles of macroscopic size that cause the apparent velocity slip.     

转筒黏度计测量液体黏度方法研究

用黏性流体力学理论求得测量装置中旋转液体径向速度梯度的理论公式,进而得到转筒法测量黏度的较精确公式.指出了国内的一些教材和文献在推导中使用近似公式的错误,用参数估计的方法求得测量装置的摩擦阻力力矩,使测量结果得到进一步校正.实验研究表明:按照近似公式与精确公式计算求得的径向速度梯度之差可达到13.1%,求得的液体黏度之差可达到28.6%;在蓖麻油的温度为25.5℃时测得测量装置的摩擦阻力力矩为9.482×10-5 N·m,相当于0.540克重物产生的力矩.     

鱼雷豚跳运动及初始转动角速度选取

鱼雷依靠惯性以一定姿态跃出水面并再次落入水中的过程称之为鱼雷的豚跳运动. 针对鱼雷的豚跳运动需要以零攻角入水, 而鱼雷在空中运动过程中无法控制的问题, 提出了通过构建鱼雷豚跳运动模型并以此为基础控制初始出水转动角速度的解决方法. 附加质量、浮力、浮心、浸湿面积、浸水体积等变量随鱼雷出水姿态、出水过程不同而不同. 在构建鱼雷豚跳运动模型过程中, 充分考虑了各个变化物理量的导数项, 分析了鱼雷水动阻力系数与攻角的关系, 构建了运动模型, 得出鱼雷豚跳运动的规律. 利用优化搜索算法计算出使鱼雷豚跳以零攻角条件入水的初始转动角速度. 仿真结果表明了所建模型及控制初始转动角速度方法的有效性.     

Interparticle potential and drag coefficient in nematic colloids

Magneto-optic tweezers were used for measurements of liquid-crystal-mediated forces between spherical beads with tangential anchoring in thin nematic samples. Repulsive force, which results from the quadrupolar symmetry of defects around the immersed beads, decreases proportionally to 1/x6, with x being the bead separation. The velocity with which the particles are pushed apart also follows the same separation dependence. We thus find the effective drag coefficient gamma(eff) independent of x for surface-to-surface distances as small as 10% of the bead diameter.