椭圆截面战斗部爆炸驱动破片作用过程的数值模拟

为研究爆轰驱动下椭圆截面自然破片杀伤战斗部壳体的膨胀破裂过程以及壳体破片径向速度分布,建立了椭圆截面战斗部三维模型。通过AUTODYN-3D软件,采用Lagrange算法模拟爆轰驱动下椭圆截面自然破片战斗部壳体的膨胀断裂过程,研究了端面单点中心起爆方式下短长轴断裂时间差与短长轴比的关系,以及不同起爆点、不同短长轴比和不同装填比(即装药与壳体质量之比)对椭圆截面战斗部径向破片速度分布的影响。结果表明:与端面中心单点起爆、端面长轴双点偏心起爆和端面短长轴四点偏心起爆相比,端面短轴双点偏心起爆方式对椭圆截面战斗部壳体破片径向速度的增益效果最好。装填比一定时,短、长轴断裂时间以及短、长轴断裂时间差与短长轴比呈线性关系,战斗部壳体膨胀过程中截面形状的实时短长轴比与加载时间呈线性关系;随着短长轴比的增大,战斗部壳体破片径向速度增益逐渐减小。短长轴比一定,装填比小于1时,破片速度随方位角增大呈正弦趋势上升,且短、长轴方向破片速度差与装填比呈线性关系。     

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。     

楔形装药对射流干扰的数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA模拟了楔形装药和平板装药对射流的干扰过程,分析了不同楔形角度和装药量对射流的头部速度以及偏转角、杵体速度等数据的影响,并与平板装药的模拟结果对比。结果表明:楔形装甲对射流头部的干扰作用与平板装药相同,但对射流杵体的干扰不同。楔形平板的运动是由板平动和转动组成的二维运动;当楔形角度为正时,楔形装药对射流切割效果较平板装药好,可使射流头部偏转增大,速度减缓,杵体速度减缓,且这种效果随着楔形角度的增加而增加;此外,楔形角度确定后,随着楔形装药量的提高,侵彻位置向楔形上端偏移,接触靶板时间滞后,杵体断裂时间提前,板旋转减弱。     

自锻破片形成的二维数值模拟

自锻破片装药(简称SFF)是从聚能破甲装药派生出来的一种新的反坦克装药结构。描述SFF的形成过程,我们采用二维轴对称弹性-理想塑性-流体力学方程组。基本数值方法采用M.L.Wilkins的迴路积分法和Legrange四边形网格。数值模拟得到的SFF完整的形成过程和试验中x射线高速摄影照片基本相符。数值模拟中的若干方法简化了计算,节省了机时。     

柱状装药预制破片缩比战斗部爆炸冲击波和破片的作用时序

针对柱状装药的周向预制破片战斗部,结合无量纲分析方法和爆炸驱动理论,确定了影响破片和冲击波相遇位置的关键参数,给出了由缩比战斗部推广预测原型战斗部爆炸产生的破片冲击波作用时序的方法。采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行数值模拟,对比验证了理论分析和数值试验结果,分析了战斗部缩比比例对冲击波和破片作用时序的影响。结果表明:缩比模型与原型战斗部爆炸产生的破片和冲击波的相遇位置之比和相遇时间之比主要取决于两模型的质量比,在不考虑破片速度衰减时,两模型中载荷相遇位置之比和相遇时间之比等于其质量比的0.33次方。受破片速度衰减影响,该方法仅适用于质量缩比不小于0.2的模型。     

双层楔形装药ERA干扰聚能射流的数值模拟

在现有双层平板装药结构爆炸反应装甲(ERA)的基础上,设计了4种双层楔形装药ERA,利用模拟仿真软件LS-DYNA 3D对其干扰射流的能力进行评估,分别对侵彻过程中平板运动状态、射流头部的速度变化及偏转程度、杵体断裂情况、侵彻靶板的深度及分布等进行分析,以选出最优方案。对比发现:方案3聚能射流速度下降最快,侵彻深度最浅且分布均匀,拥有最好的防护性能;方案4次之;方案1较方案4差些;方案2最差。且方案3和方案4中出现类似于爆炸焊接原理形成的复合飞板层。合理使用楔形装药可以使射流切割更加均匀,增强坦克的防护性能,为以后在装药结构上的探索提供了理论依据。     

低杂波电流驱动的数值模拟

通过求解二维FokkerPlanck方程,得到了HT7托卡马克低杂波驱动电流随时间的演化关系及其空间分布,理论值与实验结果基本符合,为HT7托卡马克实验提供了理论依据.通过解电流扩散方程,考虑了快电子的径向扩散效应对驱动电流的影响 关键词： 低杂波电流驱动 数值模拟 径向扩散     

破片对带铝壳炸药的冲击起爆数值模拟研究

 采用AUTODYN-2D数值模拟软件,应用冲击起爆Lee-Tarver模型,对钢破片撞击带铝壳Octol炸药的起爆问题进行了数值模拟,分析了冲击起爆机理及破片形状、着速、铝壳厚度等因素对炸药起爆特性的影响规律,利用“升-降”法得到了破片对Octol炸药的临界冲击起爆速度。研究结果对反导战斗部破片杀伤元素的设计具有指导意义。     

复合振子天线阵列的数值模拟

用时域有限差分方法模拟了由复合振子天线单元组成的天线阵列的辐射特性;计算了天线从同轴线的馈电效率,给出了天线阵列的辐射场和能量方向图;比较了不同排列方式下阵列的辐射方向图。模拟结果表明：这种天线阵列具有宽带特性和较高的馈电效率,适合于超宽带电磁脉冲的辐射应用。     

爆炸复合边界效应的数值模拟

借助动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA,运用光滑粒子流体动力学(SPH)方法,对爆炸复合边界效应进行了二维数值模拟。模拟结果再现了爆炸复合过程中的射流现象和边界效应。研究结果表明,爆炸复合边界效应的产生原因并非是边界处的冲击能量过剩,在基-复板碰撞之前,断裂就已经产生。采用SPH方法对爆炸复合边界效应进行模拟研究具有一定的科学价值。     

复合振子天线阵列的数值模拟

 用时域有限差分方法模拟了由复合振子天线单元组成的天线阵列的辐射特性;计算了天线从同轴线的馈电效率,给出了天线阵列的辐射场和能量方向图;比较了不同排列方式下阵列的辐射方向图。模拟结果表明：这种天线阵列具有宽带特性和较高的馈电效率,适合于超宽带电磁脉冲的辐射应用。     

直接驱动球内爆点火的数值模拟

实现中心点火的基本条件是在内爆中心形成面密度0.3 g/cm2,温度10 keV的点火热斑。减速阶段流体不稳定性的增长,会破坏对称压缩,减小热斑体积,直接破坏点火热斑的形成,对点火构成威胁。在原有LARED-S程序的基础上,加入热核反应和α粒子加热过程程序模块,对直接驱动ICF球内爆过程进行数值模拟研究,1维模拟结果与NIF直接驱动点火靶的设计基本相符,显示α粒子加热对边缘点火起重要作用;2维模拟表明减速阶段流体不稳定性对点火有重要影响。     

方腔驱动流的数值模拟研究

利用CFD软件对方腔的温度场和速度场进行了数值模拟计算。采用有限元法对模型的连续性方程、动量方程和能量方程进行离散。对方腔内的流体受迫对流换热进行数值模拟,主要分析了方腔顶部流体在不同速度的情况下,对方腔内部流体的温度场和速度场以及对流换热量的影响,结果表明随着方腔顶部流速的增大方腔底部的温度场和换热量也增大。     

EAST低杂波电流驱动的数值模拟

应用改进后的低杂波电流驱动程序对EAST进行了低杂波电流驱动的数值模拟。通过模拟发现,波注入位置、功率谱、等离子体温度和密度对低杂波的功率沉积和电流驱动剖面分布有很大影响。通过选取合适的低杂波功率谱、等离子体温度和密度,可以实现对其功率沉积和电流驱动剖面分布的控制。     

直接驱动球内爆点火的数值模拟

 实现中心点火的基本条件是在内爆中心形成面密度0.3 g/cm²,温度10 keV的点火热斑。减速阶段流体不稳定性的增长,会破坏对称压缩,减小热斑体积,直接破坏点火热斑的形成,对点火构成威胁。在原有LARED-S程序的基础上,加入热核反应和α粒子加热过程程序模块,对直接驱动ICF球内爆过程进行数值模拟研究,1维模拟结果与NIF直接驱动点火靶的设计基本相符,显示α粒子加热对边缘点火起重要作用;2维模拟表明减速阶段流体不稳定性对点火有重要影响。     

低杂波电流驱动模拟的数值方法

讨论稳态Ｆｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｃｋ方程的数值方法，利用线性组合方法和高斯节点配置单步法得到数值解，模拟计算了稳态低杂波电流驱动的射频电流密度，能量沉积等重要参数。     

双破片同时撞击对B炸药冲击起爆的数值模拟研究

 采用Lee-Tarver点火增长模型对单钨珠撞击带壳B炸药的过程进行了计算,所得到的不同尺寸钨珠引爆炸药的阈值速度与实验结果吻合良好。数值模拟了双钨珠同时撞击带壳B炸药的过程,计算了破片引爆炸药的阈值速度,分析了炸药的点火增长过程。结果表明：双破片同时撞击炸药时,引爆阈值速度随着破片间距的增大呈抛物线规律增大;当破片间距较大且撞击速度略高于阈值速度、双破片同时撞击时,炸药内部爆轰波的初始形态随破片速度而变化。     

复合振子天线辐射特性的数值模拟

讨论了由电单极子和磁振子组合而成的复合振子天线结构和工作原理,用时域有限差分方法模拟了天线的辐射特性,计算了天线从同轴线的馈电效率,对于单极脉冲和双极脉冲馈源,馈电效率分别为65%和81%。给出了天线的电压驻波比、辐射近场和远场、能量方向图等。模拟结果表明：在H面内辐射方向图是轴线对称的,其形状是心型;在E面内,方向图关于轴线不对称,辐射最大值方向向上偏离大约15°。这种天线具有宽带特性和较高的馈电效率,适合于超宽带电磁脉冲辐射的天线阵列的应用。     

CFETR低杂波电流驱动数值模拟研究

利用射线追踪和福克-普朗克方程,研究了CFETR上驱动电流和功率沉积对低杂波注入位置和耦合波谱的依赖关系,讨论了边界非线性效应对电流驱动与功率沉积的影响,给出了低杂波平行折射率和低杂波注入位置的一个优化值。初步数值计算表明：边界非线性效应会导致驱动电流降低;不考虑低杂波非线性效应时,驱动电流的差异约为6%左右,小于考虑该效应时的差异(~25%)。