一种基于二级轻气炮平台的超高速弹丸发射装置设计

 基于强爆轰效应,提出一种新的超高速弹丸发射装置。在二级轻气炮平台上,设计内置炸药柱的三级加速腔,将二级轻气炮发射的克质量弹丸由6~7 km/s,再次加速至9~10 km/s的超高速。通过数值模拟优化设计药柱与飞片的形状,以及弹丸的树脂封装,从而抑制强爆轰产生的中心射流对弹丸的破坏,并且在短脉冲强冲击过程中,避免在直径达厘米级的铝或钛合金弹丸内的层裂破坏。数值模拟结果表明,经过优化设计的三级加速腔可以将气炮出膛速度约6.0 km/s的1.03 g铝合金弹丸加速至9.6 km/s,弹丸最终形状仍保持类球形,速度增益约1.6。     

超高速炸药加速器炮口弹丸速度的测量

炸药驱动器超高速(>3000m/s)弹丸速度的测量是超高速发生器及超高速碰撞现象研究等领域内一个必不可少的环节,本文在传统电测法及X光闪先照相技术的基础上,提出了改进的测量技术,使测量中尽量避免各种因素对测试的干扰,成功地获得了弹丸的炮口速度。实验表明,该技术为超高速驱动器及超高速撞击现象研究提供了一种可靠而方便的测试手段。     

炸药Spigot跌落试验

Spigot跌落试验是一种评定大型炸药药柱同时受到机械撞击、剪切力、摩擦力及绝热压缩时的安全性能试验。将试验件装置通过爆炸螺栓与提升装置连接，用提升装置将试验件装置提升至预定高度后，通电起爆爆炸螺栓，试验件装置从空中自由下落撞击到靶板上，钢栓受到靶板的作用后，对炸药产生强烈的机械撞击、剪切、摩擦等作用，从而使炸药样品发生不同程度的反应。最后，根据试验残余物的收集观察、高速摄影与空气冲击波超压来评价炸药及炸药部件跌落试验的安全性能，按4级分类标准进行分类。     

一种研究运动动态特性及变形的光学方法在弹道学中的应用

本文介绍了一种测量运动及变形的光学方法,该方法适用于各种弹道研究问题。测试装置由毫瓦功率的He-Ne激光器、光束成型装置、探测系统以及快速数据获取和处理装置组成。光束成型装置产生一个所需的激光光带,光带的宽度可以根据试验的要求调整。活动目标穿过光带,减弱的光强由一个光电探测器系统接收。一个快速瞬变记录器接收该信号并将其存入一个软盘。通过对炮管的运动、弹丸的飞行、目标的命中以及炸药起爆后金属板或柱面位移的研究,证明这种方法是有效的。     

炸药枪击试验和数值模拟研究

HL-10炸药是一种以RDX为基的含铝炸药,为了研究该炸药在子弹或金属破片撞击作用下的安全性,利用12.7 mm机枪法对钢壳包覆的柱形HL-10装药进行了枪击试验,试验结果表明,炸药没有发生燃烧或爆轰现象,由此可定义该炸药的枪击感度试验反应等级为1级。建立了炸药枪击试验的计算模型和数值计算方法,对子弹撞击和穿透炸药过程进行了三维数值模拟计算,计算结果与试验结果相符,分析了子弹速度对HL-10炸药枪击感度的影响,其结果可为炸药安全性评价分析提供理论根据。为了进一步验证计算模型和方法,对美国的PBX-9404炸药的枪击作用过程进行了计算分析,结果表明,PBX-9404炸药在枪击作用下发生了完全爆轰反应,与Neff等人的试验结果相吻合。     

组合装药的撞击安全性与内爆威力试验研究

为了验证某组合装药的撞击安全性与内爆威力,开展了组合装药的大型落锤试验及爆炸罐内爆威力试验研究。结果表明:单一温压炸药在400 kg落锤作用下的临界落高为2.2 m,组合装药分别在2.2、2.3、2.5和2.7 m落高时均未发生爆炸反应,证明组合装药具有更好的撞击安全性;组合装药的初始冲击波超压峰值是单一温压炸药的61.9%,比冲量是单一温压炸药的99.4%,准静态压力峰值是单一温压炸药的94.5%。考虑到炸药在有限空间内爆炸的能量释放特性,将准静态压力峰值作为威力评价标准更为合适。试验结果证明组合装药的内爆威力与单一温压炸药相当。     

基于激光阴影照相系统的研究

针对目前高速弹丸飞行参数测量系统采用被动光源存在的光源能量利用率低、对环境敏感等问题,研究了一种组合式主动激光阴影照相系统。在对系统理论分析的基础上建立了高速弹丸的空间位置模型和2种测速模型。搭建了激光阴影照相系统试验平台,对系统设计的合理性进行了检验。试验结果表明:2种测速模型都能实现对弹丸飞行速度的测量,并且2种方法的对比误差比较小;弹丸空间位置在X轴方向的均方差为0.795 mm,在Z轴方向的均方差为0.496 mm。与纸靶的测量结果相比,偏离程度在1 mm范围内;该系统能够实现对弹丸飞行参数的测量。     

钢筋混凝土靶板在弹丸冲击及爆炸载荷下响应的数值模拟

 采用HJC混凝土损伤本构模型及LS-DYNA的流固耦合算法,分别对钢筋混凝土靶板在弹丸冲击和爆炸载荷作用下的响应进行了有限元数值模拟,其中模拟参数由实验数据拟合重新获取。将模拟结果与实验结果和经验公式进行对比分析,结果表明：数值模拟再现了弹体贯穿靶板过程中的开坑、隧道及漏斗碎裂区,计算得到的弹体弹道极限及残余速度与实验数据吻合较好;此外,数值模拟也很好地再现了炸药爆炸后冲击波的传播过程以及爆炸载荷作用下混凝土的破坏情况,模拟结果与实验现象具有良好的一致性。     

180°圆弧形钝感炸药的爆轰波传播

 采用贴体坐标下与Level Set方法相结合的爆轰冲击波动力学（DSD）计算方法,研究了180°圆弧形钝感炸药中非理想爆轰波的传播过程。通过数值模拟计算和实验测量的对比分析,得到了180°圆弧形炸药中爆轰波传播的一些规律：圆弧形钝感炸药可以实现定常爆轰,即在极坐标中整个爆轰波以固定角速度转动。这种定常阵面的形状和角速度与圆弧的外半径无关,定常体系依赖于圆弧形炸药的内半径和覆盖圆弧的外壳物质。对描述圆弧形炸药中爆轰波传播规律的经验公式进行了研究,结果表明这些经验公式能够准确描述爆轰波速度的变化,在实验测量和预估方面具有一定的参考价值。     

弹丸对混凝土靶体侵彻深度的灰色模拟与预测

由于弹丸对混凝土靶体侵彻机理的未知性及混凝土力学性能的复杂性,因此可将弹丸侵彻混凝土过程看作是一个灰色过程。介绍了弹丸侵彻混凝土靶体侵彻深度的灰色模拟与预测模型GM(1,n)的建立方法和过程,通过GM(1,n)模型可以实现对弹丸侵彻混凝土介质侵彻深度的模拟与预测。通过算例计算表明,此模型对模拟和预测弹丸侵彻混凝土的侵彻深度可行,且计算量较小。     

超声速弹丸立靶弹着点定位模型研究

针对常规武器火炮直瞄射击时的弹着点测试问题,提出了一种双圆环形传声器阵列方法。该阵列将若干传感器布设在两个圆环上,并根据超声速弹丸产生的激波传播速度随传播距离增加逐渐递减的规律,对每个传声器阵分别引入一个视速度,建立了双视速度模型。计算机仿真分析表明,采用双圆环形传声器阵列及双视速度模型确定弹丸弹着点坐标,带来的模型误差优于3 mm,对于工程应用而言可以忽略。试验结果表明,双视速度模型明显优于将激波传播速度视为恒定的基本模型和交会模型。     

后效期火药燃气加速弹丸的数值研究

 弹丸出膛后受高压火药燃气作用将继续加速并达到最大速度,后效期内弹丸增速大小及增速规律对于武器系统的设计和射击精度等具有重要的影响。采用基于动网格的有限体积方法,对不同装药量、弹丸质量和口径等9种条件下的发射过程进行了数值模拟,讨论了弹丸出膛后的受力状况和运动过程,对最大速度出现的时间、位置和增速量及其变化特点、影响因素等进行了详细的分析。计算结果显示,后效期弹丸增速率最大可超过3%,且加速过程受弹丸质量和装药量的影响很小。     

不同湿度下的炸药吸水性研究

选取JOB-9003炸药及及其主成分奥克托金炸药作为研究对象，模拟其在加工、贮存等过程中的湿度条件，进行不同时间的贮存试验，并相应监测各炸药的水分变化情况(水分的测定采用库仑滴定法，通过Stromboli卡氏炉样品转换器，将装有已知重量试样的密封样品瓶自动推人加热炉中恒温加热，样品中逸出的水分由干燥的惰性气体载入电解池中，自动进行电解反应，由电解电量计算出被测物质中的水分含量)，以获得有关炸药吸水量的变化规律，为进一步研究有关炸药在贮存过程中可能释放的水分量提供试验数据。     

利用线列CCD像机交汇测量弹丸攻角

提出了一种新的测量弹丸攻角的方法。利用线列CCD像机交汇形成一光靶 ,测量弹丸通过光靶的瞬时位置 ,将获得的位置信息按时间序列进行排列后即可获得弹丸的攻角。首先分析了利用线列CCD像机交汇测量弹丸攻角的测量原理及可行性 ,在此基础上提出了实现这一目标的测量系统的组成与功能 ,然后对测量系统的攻角测量精度进行了分析和讨论。结果表明 ,在目前CCD狭缝像机还不具备实际应用条件的前提下 ,利用此方法可以解决狭缝像机不能实时测量的问题     

磁压缩等离子体电热炮

 电热炮（ｅｌｅｃｔｒｏｔｈｅｒｍａｌｇｕｎ）是全部或部分地利用电能加热工质来推进弹丸的发射装置。一般地说,电热发射有两个含义：一是利用特定的高功率脉冲电源向某些工质放电,把工质加热而转变成等离子体状态,利用含有热能和动能的等离子体直接推进弹丸运动;二是利用加热产生的等离子体再去加热其他更多质量的低分子量的轻工质,使其化学反应变成热气体（含有少量等离子体）,借助这些热气体的热膨胀做功来推进弹丸。磁压缩等离子体电热炮是一种以炸药能量驱动的电磁“火炮”．它把化学能转变成磁能,然后利用磁能压缩等离子体推进弹丸前进。     

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。     

EFP水下成型影响因素的数值模拟

由于密度、压力等物理量存在差异,爆炸成型弹丸(EFP)在空气和水中的成型过程差别较大。为了优化水下EFP的设计方案,利用AUTODYN有限元软件开展仿真研究,详细讨论了装药、药型罩及弹前空气域3部分共7个变量对EFP水下成型过程的影响,最终得出适合水下EFP装药的设计参数。根据仿真结果,总质量为1 kg的EFP装药优化后的设计参数:炸药长径比为1.5,炸药种类选择爆速较高的HMX,药型罩材料为紫铜,切向锥角α为145°,壁厚δ为2 mm,弹前空气域长度为3倍装药半径,起爆半径r为0.4倍装药半径。该方案对优化EFP速度、长径比及动能等有较好的效果。     

弹丸穿钢靶姿态变化的数值模拟

针对弹丸穿多层靶问题，采用数值模拟的方法，开展了弹丸结构参数对穿靶姿态研究。图l给出了弹丸穿靶主要姿态参数及可能的变化情况（弹丸穿靶前后速度方向变化忽略）。其中删轴偏转角速度（α=dβ/dt）。由于弹丸头部形状（如头部曲径比CRH、截卵高度比等）直接影响了弹丸在侵彻过程中的受力状态，因此也会影响着弹丸穿靶姿态。     

应用分形理论探讨炸药的撞击感度

 根据分形几何的周长-面积公式及线性回归原理,对TATB等六种炸药样品的落锤试验的分幅图像进行了图像处理和分形维数计算。从中发现,越钝感的炸药样品,分形维数越大。因此,可以认为,用炸药样品的分形维数来鉴别撞击感度是基本可行的。     

弹丸在混凝土靶中运动轨迹的数值模拟

 针对混凝土的破坏模式，将最初用于研究岩石破碎的连续损伤模型加入到三维非线性有限元动力分析程序LS-DYNA中。利用数值模拟方法研究了弹丸对混凝土的斜侵彻过程，对弹丸在混凝土靶中的几种可能运动轨迹进行了分析，得到了影响弹丸轨迹的几个因素。