平衡炮试验弹丸膛内过载计算模型及应用

平衡炮是一种两头发射的滑膛无后坐力炮。在平衡炮试验中，对弹丸膛内过载进行测试及研究是研究弹丸结构设计、壳体强度、装药安定性以及引信设计等方面的基础。     

提高平衡炮发射能力的初步研究

 针对平衡炮试验中所要求的发射指标超过其发射能力的具体情况,提出了两种提高平衡炮发射能力的途径,并作了相应的内弹道性能分析,目的在于提高平衡炮的使用效率,充分发挥其作为大质量试验件的有效加载工具的效能,该研究可为提高平衡炮及其它火炮的发射能力提供依据和参考。     

不同头形弹丸对薄钢靶穿甲机理的数值模拟

为了研究弹丸头部形状以及初速对薄钢靶穿甲机理的影响，本文针对平头和球头弹丸对薄钢靶的穿甲问题，采用数值模拟的方式，基于文献试验数据和材料参数，利用LS-DYNA软件对质量m=38．5g，φ12．7mm的平头和球头弹丸以V0=200～900m／s的初速分别正穿ht=1．6mm和ht=3．2mm厚的靶板进行了数值模拟研究，主要讨论了弹丸头部形状、初速以及靶板厚度对弹丸穿靶机理的影响，并分析了弹靶撞击的结构响应和材料响应，通过研究获得了上述因素弹丸穿靶机理影响的认识。主要结果如图1和图2(局部放大)所示。研究结果表明：     

反应气体驱动二级轻气炮技术的初步研究

二级轻气炮是一种常见的超高速发射装置,其发射速度的调节范围大,弹速重复性好,对场地条件的要求不高,在高压物理、空间碎片防护、材料力学性能及动态响应研究等方面有广泛的应用。但是传统的轻气炮采用火药作为驱动能源,存在火药分子质量大、声速低、产物有毒、运输和存储受限等缺点。为此,设计并发展了用气体反应释能代替火药作为驱动能源的反应气体驱动二级轻气炮技术,实测发射弹速达到5.6km/s。该技术是一种廉价、无需火工品、环境友好型气炮驱动技术。     

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。     

切割式双模战斗部毁伤元成型及侵彻钢靶特性研究

 基于60 mm弧锥结合罩爆炸成型弹丸（EFP）装药,设计了一种在药型罩前适当位置安装可抛掷的十字形网栅的切割式双模战斗部结构,其具有生成单个EFP或者多爆炸成型弹丸（MEFP）的功能;根据目标属性,可选择性地改变战斗部的毁伤元成型模式,实施最有效的打击。利用LS-DYNA程序,对两种模式毁伤元成型及侵彻45钢靶过程特性进行了数值模拟,模拟结果与地面静爆实验结果吻合较好。研究表明,该战斗部形成的单个EFP能贯穿25 mm厚45钢靶,可有效打击重装甲目标;经网栅切割后能形成5片具有一定质量和方向性、可贯穿6 mm厚45钢靶的EFP破片,显著提高了对轻装甲目标的毁伤概率。     

大面积三角形探测光幕灵敏度空域分布分析

分体式探测光幕实现室内靶道弹丸初速测试时,探测光幕的灵敏度直接影响初速测量的精度。研究了线光源配接镜头式接收装置组成大面积三角形探测光幕的灵敏度分布,考虑光学镜头离轴效应和线光源随距离衰减现象,将探测光幕内不同位置处光照度等效到线光源处,假设光幕厚度均匀,弹长始终大于幕厚,弹丸遮挡探测光幕所形成的面积与当前区域光幕截面积之比等效为弹径与当前位置处光幕宽度之比。在4.8 m×2.4 m 三角形探测光幕上进行理论仿真与实弹试验验证,仿真分析与实弹试验结果一致,靠近镜头处灵敏度大,远离镜头处灵敏度小,且关键探测区域内模拟电压幅值标准差为0.05 V,均匀性符合测试要求。研究结果可为三角形探测光幕的工程设计提供参考。     

铝球弹丸高速斜撞击铝Whipple防护结构时后板的损伤特性

 为了研究空间碎片对航天器防护结构的高速斜撞击损伤特性,采用二级轻气炮发射铝球弹丸,对铝Whipple防护结构进行高速斜撞击实验。弹丸直径为3.97 mm,撞击速度为1.14～5.35 km/s,撞击角度为0°～70°。实验得到了铝Whipple防护结构在不同撞击速度区间的后板损伤模式,分析了后板撞击损伤及弹坑分布特性,建立了预测铝球弹丸高速斜撞击铝Whipple防护结构时后板弹坑分布的经验公式。结果表明：在大角度斜撞击条件下,对于一定的撞击速度,铝Whipple防护结构的后板弹坑分布会出现两个区域;弹丸的撞击破碎临界速度将影响后板损伤随撞击角的变化关系;对于铝Whipple防护结构,存在使后板撞击损伤最严重的临界撞击角。     

电爆管内燃烧过程数值模拟

 基于内弹道两相流模型，考虑到点火药量与主装药相当及其固体燃烧产物所占比例大等影响，提出了适用于电爆管内燃烧过程的内弹道“四相流”模型，即将气态燃烧产物、固态燃烧产物、点火药和主装药分别作为一“相”参与燃烧和流动，每一“相”都用质量、动量和能量方程描述，而它们之间的各种相互作用以源项的形式出现在上述方程中。模型计算结果与电爆管实验结果一致，表明该模型对于电爆管内燃烧过程的描述是合理的，可以作为分析该电爆管燃烧性能的一种辅助工具。     

双电感型脉冲电源模块负载电流的研究

轨道炮的发射需要幅值足够大脉宽足够宽的梯形波电流。研究了两个电感型脉冲电源模块给同一负载供电时的三种工作模式，在不同的工作模式下，负载的电流放大倍数和脉宽增值不同。由实验和仿真结果知: 两个STRETCH meat grinder电源模块在相同模式下工作时，负载电流放大倍数最大，脉宽增值最小。在主管同开同断且晶闸管延时的模式下工作时，脉宽增值最大，电流放大倍数最小。以第二模块延时第一模块的模式工作时，负载电流的放大倍数和脉宽增值都是居三模式之中，因此可通过选取合适的触发方式获得所需要的负载电流。     

分布储能式电磁轨道炮效率分析

分布储能式电磁轨道炮在长导轨发射中具备高发射效率优势,为实现分布储能式电磁轨道炮的恒流特点,建立可供发射器参数、结构设计参考的仿真模型尤为重要。针对口径为60 mm×80 mm的矩形轨道炮,根据电流波形的平稳性要求,沿导轨方向设置电流馈入点,诊断电枢位置并分时序触发各馈入点电源,以测试分布储能式电磁轨道炮的工作性能。在COMSOL三维磁场中建立矩形导轨-电枢模型,基于电流和磁场的多物理场耦合有限元分析得到磁场和电流的分布,并利用电磁场仿真结果实现电流趋肤效应下轨道电阻梯度计算。基于MATLAB SIMULINK平台对电容储能型脉冲功率电源模块建立电气电路;分析分布储能式电磁轨道炮非线性时变的动态特性并建立轨道及电枢阻抗模型,计算正向电磁力、滑动摩擦力构造电枢的运动方程,并使用信号电路建立电枢-导轨模块,通过Simulink测量模块连接两个隔离的网络,仿真计算得到导轨电流及电枢的出膛速度。设计了总储能为4.16 MJ的分布式储能轨道炮,结果显示,电容预充电压为10.8 kV时,导轨长为3 m的分布式电磁轨道炮可将1 kg的弹丸加速至1.4 km/s,与炮尾集中式电磁轨道炮相比,系统发射效率可提升约3%。     

内部短药柱爆炸作用下钢筒破裂特征的数值分析

采用光滑粒子(SPH)法研究了短药柱在钢筒内爆炸形成破片的特征,采用Grady层裂准则描述钢筒的层裂破坏,破坏模式为随机破坏,服从Mott分布。分析了破片的质量分布和速度,计算结果表明:钢筒经过一定膨胀后,首先在装药端部位置破裂,然后爆心附近的钢筒解体成破片,如果是封闭钢筒,钢筒端部也是形成破片的重要部位。爆心附近的破片质量小、速度高;端部的破片质量较大、速度低;爆心附近的破片相对集中。     

钝感炸药圆筒试验与爆轰产物JWL状态方程研究

 对以TATB为主的钝感炸药JB-9014进行了25 mm和50 mm两种装药直径的圆筒试验，测试了TU1圆筒在爆轰产物驱动下的膨胀过程R(t)关系。对圆筒试验进行了综合分析和二维数值模拟计算，综合评估了JB-9014的作功能力和圆筒试验的相似性。通过二维流体动力学数值模拟，确定得到了JB-9014炸药爆轰产物JWL状态方程参数。经对JB-9014二维平面滑移爆轰驱动试验的数值模拟检验，证明确定的JWL状态方程参数是可靠的，具有较高的精度和普适性。     

德用综合方法观测海水质量

据新华社柏林11月11日报道：测量海水质量变化是一个很复杂的课题．德国的一个研究小组近日宣布，其研究者综合采用多种方法可以较准确地观测海水质量的短期变化，其测量结果有助于建立评估效果更佳的气候研究模型．德国波恩大学11日发表新闻公报说，某区域内的海水质量不仅与海水体积有关，还与海水温度和盐度有关，但后两者较难测量．为解决准确测量问题，波恩大学研究人员参加的一个小组采用了两种观测方法．方法一是测量2002年发射的“格雷斯”（重力校正和气候试验）双子卫星之间的微小距离变化．方法二是利用全球卫星定位系统（GPS）观测站观测海底变形情况．     

高速碰撞诱发闪光辐射温度的测量及误差分析

为实现对高速碰撞诱发的闪光辐射温度进行实验测量及误差分析,建立了二级轻气炮加载系统及闪光辐射温度测量系统。采用聚碳酸酯弹丸分别以6 km/s、3.9 km/s的速度垂直撞击2A12铝靶,利用瞬态光纤高温计采集闪光信号,通过比色法计算不同碰撞条件下的闪光辐射强度及辐射温度。依据普朗克辐射定律计算了不同波长及温度条件下的闪光辐射强度理论值,与实验测量结果相比较并进行了误差分析;分别采用双色测温法的不同波长组合及四色测温法计算了闪光辐射温度及其平均温度,通过计算标准差分析了波长的选取对闪光辐射温度的影响。结果表明：与理论计算结果相比较,实验测量得到的闪光辐射强度值偏低,采用双色测温法计算闪光辐射温度时波长的选取对计算结果影响很大,波长间隔越大计算结果误差越小（误差最小值实验No.1为68.25 K,实验No.2为30.67 K）;四色测温法计算得到的闪光辐射温度与平均温度相近（误差实验No.1为72.88 K,实验No.2为63.66 K）,因此采用比色法计算闪光辐射温度时应尽量选取大间隔波长或多个波长参与计算以降低误差。     

一种新型激光周视引信光学系统

通过对一般激光器的发光特点及柱面镜的光学特性进行分析，提出一种新型激光周视引信光学系统——柱面镜系统，即采用2个弧矢面正交的柱面镜组来改善激光束散角，以4个扇区来完成空间的周视功能。由于在半径为0.5～10m的圆周上光能量均匀性非常好，且系统光路具有可逆性，因此可用于大视场发射和接收的导弹引信中。该系统结构紧凑，易于加工和安装。靶场试验证明了该光学系统的可行性和实用性。该光学系统可代替目前仍在使用的反射式光学系统。     

航天器热试验查询统计系统的设计与实现

针对航天器真空热试验数据量大、数据利用率不高的特点,提出了一种基于数据库的试验数据查询统计方法方法,以改善现有的以文件系统为主的数据存储模式;通过对试验数据格式的分析和现有工作流程的优化,将试验数据查询系统分为系统管理、试验管理、策略管理和统计分析等四个大的功能模块,利用过滤算法自动生成试验工况点信息,并通过试验工况点自动生成单次试验的统计报告,进而实现对所有试验数据的综合查询统计功能;目前系统已应用于航天器热试验任务中,经过测试,系统功能和性能指标满足试验需求,解决了实际问题。     

三代微光像增强器制管工艺对阴极光电发射性能的影响

主要论述制管工艺对光电阴极发射性能的影响。通过分析仪器和光学检测方法对管子阴极制备的台内及台外工艺质量进行了在线追踪和监测．结果表明，影响台外工艺质量的主要因素是外延材料缺陷多、发射层表面氧化、杂质污染、掺杂浓度不均匀、掺杂浓度陡度变化小及GaAs与玻璃粘接产生的应力大；影响台内工艺质量的主要因素为阴极激活真空度低于8×10^-8Pa．真空残气H2O．CO．CO2及C分压大于10^-8Pa．阴极激活铯和氧源提纯不彻底。利用透反射光照法激活台内对组件表面测线．发现发射层表面针孔、裂纹和发雾是造成阴极发射性能低的关键因素。     

大锥角聚能射流实验研究

 通过闪光X射线摄影技术，研究了两种大锥角射流的特性及其对钢靶的侵彻，并与小锥角射流进行了对比。研究结果表明：大锥角射流的头部速度较低，但直径和质量较大，在大炸高条件下对钢靶的侵彻孔深度浅，孔径大。     

小子样机械产品可靠性试验

对长寿命(相对于工作时间)、高可靠性和小子样机械产品，提出了采用加速随机振动试验将产品置于较为严酷条件下来进行可靠性试验。阐述了加速试验应遵循的基本原则，即：(1)无论是对元件、部件、系统或产品，过载系数一般是针对其危险部位的应力响应而言；(2)加速试验的程度通过过载系数大小控制；(3)进行过载试验前必须进行低量级或正常工作条件下的预试验，获得产品的传递特性；(4)产品不改变失效机理的条件—对寿命服从两参威布尔分布，其形状参数保持不变；对寿命服从对数正态分布，其对数标准差保持不变；(5)认为产品是经受循环应力导致损伤积累而破坏，不考虑加载顺序的影响；(6)最大过载系数上限应保证在过载试验下产品危险部位的局部应力不超过材料屈服极限的80％；(7)对额定试验下产品危险部位的应力较大或设计裕度较小的产品，不适合采用较大的过载系数。在确信所进行的加速试验不改变产品的失效机理和产品在预定的振动试验时间内未失效时，可以不遵循基本原则(3)项。根据产品的传递特性、局部危险部位的应力应变响应、工程设计经验以及材料循环本构关系，提出了控制产品承受最大应力的措施，以保证在加速试验下产品的失效机理不发生变化。