高速弹体非正侵彻混凝土靶的弹道偏转实验研究

利用二级轻气炮,进行了980~1870m/s速度范围内小尺寸弹体非正侵彻半无限混凝土靶实验,详细测绘了弹道轨迹及特征参数,重点研究了高速非正侵彻的弹道特性,并根据侵彻机理进行了侵彻过程分区。研究结果表明:与中、低速条件下的弹道不同,高速弹体非正侵彻半无限混凝土靶的侵彻弹道偏转更为明显,表现为典型的“J”形弹道,弹体终点姿态变化很大,弹道末端的偏转角可达130°。     

高速弹体对钢筋混凝土靶的侵彻/贯穿效应实验研究

为了研究高速弹体对钢筋混凝土靶的侵彻/贯穿效应,以100 mm口径滑膛炮作为发射平台,驱动10 kg级卵形弹体以820～1195 m/s速度撞击强度为31.0～43.6 MPa的钢筋混凝土靶,获得了弹体侵彻/贯穿钢筋混凝土靶的终点弹道实验数据,并对弹体的侵彻/贯穿深度、靶板侧面自由面效应、弹体的变形进行了详细分析。结果表明:弹体的侵彻/贯穿深度为2.2～2.8 m,部分经验公式预估的侵彻/贯穿深度与实验结果吻合较好;当靶面相对尺寸较小且弹速较高时,靶板侧面自由面效应比较明显;当弹速达到1195 m/s时,弹体开始由刚体向半流体转变。     

弹体高速侵彻钢筋混凝土靶的结构变形及质量损失的实验研究

设计了高速钻地结构弹,采用35mm口径的弹道炮和100mm口径的滑膛炮,进行了0.15和1.5kg弹体在1 030~1 630m/s速度范围内侵彻钢筋混凝土靶的实验研究,对高速侵彻条件下弹体的结构响应、质量损失及生存极限速度等问题进行了探讨。结果表明:在高速侵彻混凝土过程中,弹体结构的变形破坏包括头部侵蚀/墩粗+侧壁磨蚀、弯曲/尾部破裂、破碎等形式,弹体头部侵蚀和弹体质量损失程度随撞靶初速度的增加而增加。     

MJGS系统设计及应用

采用序列脉冲红宝石激光器作为光源,国产640型纹影仪作为图像及流场显示光学系统、等待型转镜高速摄影机为记录单元的MJGS高速纹影系统,本校已经相继研制了两种型号。Ⅰ型系统用于高速碰撞和穿甲过程研究已经取得必要的结果。Ⅱ型系统用于研究高能炸药起爆机理,拍得了弹丸撞靶前的飞行姿态及撞靶后的压缩变形直至点火爆炸过程的分幅照片,为研究工作提供了依据。     

锥头弹体攻角贯穿薄钢靶数值模拟

为了研究攻角对锥头弹体贯穿薄钢靶破坏模式和弹体偏转的影响,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了锥头弹体以2°～10°攻角贯穿薄钢靶的模型。先验证了模型及参数的可靠性,在此基础上进行了锥头弹体在不同攻角和初始速度条件下的贯穿数值模拟。结合靶板的破坏与弹体的偏转过程提出了一种四阶段分析模型,并系统地研究了攻角对弹道和弹体偏转角变化规律的影响。结果表明:攻角贯穿薄钢靶失效模式为非对称花瓣形破坏;攻角越大,初始速度越小(大于弹道极限速度),弹道偏转越明显;弹体偏转角变化规律与初始速度范围相关,当初始速度高于1.4倍弹道极限时,弹体偏转角呈现先增大后减小的变化趋势;弹体出靶时刻的角速度随攻角的增大而增大,随着初始速度的增加先反向增大后减小。     

脉冲激光大尺寸底片高速流场摄影

高速风洞的瞬变流场及不稳定流态,由于变化迅速或流场有很多细微结构,需要时间及空间分辨率都很高的高速摄影技术。红宝石脉冲激光器作光源可得毫微秒的脉冲,把瞬变的现象冻结,在纹影仪的基础上配以合适的光学放大系统可得比通常底片大得多的纹影或阴影照片,以提高空间分辨率。这样,可得到清晰的有丰富细节的气流图象,     

应用于炮风洞试验的高速摄影技术

本文介绍了北京空气动力研究所应用于炮风洞试验的高速摄影技术以及试验结果。气动实验中,非定常的空气动力现象研究必须采用高速记录手段。例如模型自由飞试验,火箭级间分离模拟试验,分离流试验等。在这些试验中,采用了火花光源,频闪光源后照明重复曝光照相技术,火花纹影技术,脉冲激光阴影,纹影和全息干涉照相技术,为气动试验研究提供大量瞬时信息。     

纹影技术在直喷式柴油机燃烧过程研究中的应用

本文叙述了作者所设计建立的高速纹影摄影光路系统,给出了利用该系统所拍摄的纹影照片,并通过照片简单分析了柴油机缸内的喷雾和燃烧过程。结果表明,纹影技术是研究发动机缸内空气运动和喷雾燃烧过程的有效手段。     

双层A3钢靶对平头杆弹的抗侵彻性能研究

 钢板被广泛用于构建防护结构,大量文献报道了单层金属靶的防护性能,而对双层金属靶,特别是大间隙双层金属靶,报道的却很少。在轻气炮上进行了平头杆弹体正撞击由两层5 mm厚A3钢板组成的接触式和具有200 mm间隙的间隙式双层靶的实验研究,得到了两种结构的初始-剩余速度曲线。实验表明：（1）两种形式双层靶均发生了充塞剪切;（2）接触式双层靶的弹道极限是5 mm单层A3靶的1.92倍;（3） 间隙式双层靶的抗侵彻性能具有较大的分散性,通过高速摄像和对回收靶板的分析表明,该分散性产生的原因是,弹体贯穿第一层靶后存在两种典型弹道状态;（4）间隙式双层靶存在两个弹道极限;（5）接触式双层靶的弹道极限接近或者大于间隙式双层靶的弹道极限。使用ABAQUS/EXPLICIT有限元软件进行了相应的数值模拟,得到了与实验一致的现象和结果。     

GFRP复合三明治板在高速弹体冲击下的弹道极限预测（英文）

研究了玻璃纤维复合三明治板在圆柱形平头弹体打击下的预测弹道极限的理论预测方法。建立了玻璃纤维复合三明治板的三阶段侵彻模型,包括侵彻面板阶段、侵彻复合材料夹芯层阶段和侵彻内板阶段。基于高速弹体侵彻下靶板的局部变形假设建立了理论关系,将弹体侵彻复合材料夹心层时视为刚体处理,面板和背板的侵彻阶段考虑了弹体的墩粗效应和靶板的绝热剪切效应。基于能量平衡原理,推导了复合材料三明治板的弹道极限,并将理论计算结果与实验结果进行对比和分析,研究了不同侵彻速度、弹体质量和夹心层厚度对弹道极限的影响。结果表明,理论计算结果与实验结果具有较好的一致性。     

7A04高强铝合金抗杆弹正撞击性能实验研究

 7A04铝合金具有较高的强度-密度比,广泛应用于穿甲工程材料领域。在轻气炮上进行了平头和卵形钢杆弹体正撞击10 mm厚7A04铝合金板的实验研究,得到了两种弹体撞击7A04铝合金靶板的损伤形式和特性。使用高速相机记录了撞击过程并测得了弹体的剩余速度,得到了两种弹体撞击10 mm厚7A04铝合金靶板的弹道极限。实验表明,此种铝合金靶板抗卵形弹体正撞击的能力强于平头弹。     

旋转对卵形弹侵彻钢板影响的FEM-SPH耦合模拟

建立了卵形弹侵彻钢板的FEM-SPH耦合计算模型,研究了弹靶间摩擦系数对弹体剩余速度计算结果的影响,根据实验结果确定了合理的摩擦系数,使耦合计算模型能准确地预测弹体剩余速度和靶板弹道极限。以该模型为基础,在两种不同着靶速度下,研究了弹体的旋转对其正侵彻和以不同入射角斜侵彻钢板时剩余速度和弹道偏转的影响。正侵彻下:旋转对弹体剩余速度的影响大,而对弹道偏转的影响很小;随着转速的增加,剩余速度增大,弹体侵彻能力提高。斜侵彻下:旋转对弹体的剩余速度和弹道偏转都有明显影响,但弹体转速的增大并不总使其侵彻能力提高,与入射角和着靶速度有关;同时旋转使弹体沿入射面外发生偏转,其偏转方向与弹体的旋转方向相关。     

激光照射下铝靶表面汽化压力的测量

 本文分析了会聚自由振荡钕玻璃脉冲激光束辐照平面铝靶的汽化特性。在激光功率密度约10 MW/cm²下，由拍摄激光与靶相互作用产生射流发光的时间积分照片测得靶面的汽化压力约3.6 GPa。把时间积分照片与高速分幅照片比较，证明在激光与靶相互作用一段时间后确实存在着马赫盘。     

采用针孔照相法测量炮弹飞行姿态

测量炮弹的飞行姿态,特别是距炮口200米内的飞行姿态,是外弹道实验最重要的内容之一,因为飞行姿态与飞行稳定性及射击密集度的研究密切相关。当前,测量飞行姿态的方法有攻角纸靶、弹道靶道及高速摄影等。攻角纸靶简单、经济,但它对弹丸的运动有干扰,精度较低;弹道靶道能得到精确的飞行姿态数据,但必须建立一系列火花闪光照相站,耗费巨大;弹道同步照相及高速分幅照相也可测量姿态,但因精度较低,化费大,实际上没有得到广泛应用。 用在弹头上安装针孔照相机的方法,并借助一个频闪平行光源,能够直接记录攻角——时间变化曲线。此法比较简单、经济、精确,其缺点是需要回收射击的炮弹。     

利用相干光照明的纹影成像装置研究飞秒激光脉冲烧蚀铝靶喷射物相位的超快时间演化

本文提出了一种基于纹影成像装置的新型相位检测方法, 并使用该方法对飞秒激光烧蚀铝靶产生的喷射物的超快相位演化过程进行了实验研究. 与传统的纹影法不同, 本文的相位检测方法使用相干光作为成像照明光, 利用未透过样品的背景光作为参考光, 借助透过样品后在纹影装置刀口处衍射的照明光与背景照明光的干涉, 检测样品的相位; 其最显著的优点是能够清晰反映被测样品mπ或2mπ (m为整数) 的相位改变. 利用该方法, 结合抽运-探测技术, 研究了激光流量为5.4 J/cm²的50 fs脉冲激光烧蚀铝靶产生的喷射物的超快相位演化. 实验发现, 烧蚀过程中形成的喷射物可分为三个相位不同的区域, 分别对应等离子体态的喷射物、后续的垂直靶面喷射的物质和冲击波. 其中, 等离子体态的喷射物在0–9.0 ns的时间延迟内, 由于膨胀和电子复合作用, 相位变化超过π; 而后续的垂直靶面的喷射物在此时间内的相位变化没有超过π. 关键词： 相位检测方法 纹影成像技术 相干光照明 抽运-探测技术     

弹丸高速斜侵彻入水流场显示的初步研究

为认识弹丸高速斜侵彻入水的气/水界面变形破碎、入水空泡和水中冲击波传播,利用可变发射角立式二级轻气炮发射高速弹丸,结合高速激光阴影和纹影流场显示,给出了高速弹丸斜侵彻入水流场的演化图像。结果表明:当弹丸速度在350 m/s附近时,弹丸尾部气流会越过弹丸头部产生冲击波,因为时间短且水惯性大,冲击波在气/水界面反射但不会影响弹丸姿态和气/水界面。弹丸斜侵彻在水中产生冲击波系,气/水界面发生形变和破碎("碎片云"),水中产生冲击波系和空化气泡区,难以识别气泡和"碎片云"的边界,不同头部构型弹丸会影响气泡和"碎片云"体积大小以及水下弹道稳定性。弹丸速度为1.8 km/s时,碎片云体积大于水下空泡体积,但流场结构和350 m/s情形相似。采用立式二级轻气炮和流场显示系统,为研究高速弹丸斜侵彻入水现象提供了新的途径。     

激光驱动高速金属颗粒与气体相互作用

采用激光驱动技术模拟高速运动金属颗粒与气体相互作用过程,研究高速气固两相流输运过程。采用驱动靶优化设计、激光参数调节等方法对颗粒加速过程进行控制,利用高时空分辨率、高精度瞬态实验诊断技术获取高速颗粒瞬态物理图像。通过求解三维雷诺平均Navier-Stokes方程和刚体飞行六自由度动力学方程数值模拟高速单颗粒与气体混合过程,方程采用高斯−赛德尔隐式方法进行时间推进求解。研究表明,激光驱动方法能够有效地发射金属颗粒,阴影照相技术能够有效获取高速颗粒物理图像。数值模拟给出了高速颗粒与气体作用的流场参数。     

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。     

激光照射薄膜靶的微微秒照相

激光等离子体实验中。许多现象是在微微秒和微米范围内发生的。为了研究这些现象,采用微微秒激光脉冲与高分辨率光学相结合的方法可以提供必要的空间和时间分辨率。实验观察是在碘激光系统AsterixⅢ上进行的。碘激光输出波长为1.3μm,脉冲能量最大输出为300J,脉冲宽度为300ps。靶面功率密度为3×10~(15)W·cm~(-2)相应的半能量点的直径为85μm。利用脉冲宽度为10ps的主被动锁模染料激光脉冲,在与碘激光成90°的方向上,拍摄了时间分辨的阴影照片。同以往的方法相比,染料激光系统作了相当大的改进;特别是染料激光脉冲与碘激光脉冲的同步。染料激光脉冲相对于碘激光脉冲的到达时间可以预先选择,其漂移时间为200ps。所拍得的阴影照片的空间分辨率为10μm。从阴影照片可以看出,除了被加速的冷箔材料之外,还观察到“发丝”、“冲击”等的形成以及沿着靶的表面传导等现象。随着激光强度的增加,这些现象变得愈来愈明显。由于在等离子体与靶架之间存在着很高的电位差,所以对于某些放电现象的观察可能更为可靠。用条纹相机定量地测量了2和10μm厚的塑料薄箔条的膨胀。在高强度激光照射下观察了有机玻璃中等离子体云的形成以及由于激光束的冲击所释放出的冲击波。实验和理论计算表明,激光产生的等离子体被充电到10~     

激光辐照铝靶汽化过程的高速纹影诊断技术

应用高速纹影系统记录激光束辐照在Ly12铝靶时所产生的汽化羽扩张、空气爆炸波、熔融物质喷溅以及穿靶等现象.并由扫描摄影记录的轨迹图测出汽化羽的扩张速度为150～190m/s,空气冲击波速度为450～500m/s,靶表面高压蒸汽速度为5～7.8km/s。