二级轻气炮遮挡式激光光幕测速系统

 研制了用于测量二级轻气炮毫米级弹丸速度的遮挡式激光测速系统。该系统主要包括测速平台和激光测速仪,采用红光半导体激光器作光源,硅光电二极管为光电探测器。测速平台安装于炮管测速段,具有结构简单紧凑、抗振动、激光光幕易于准直和测量等特点。激光光幕高度为20 mm,避免了弹丸偏离轴线过多时因无法遮断光束导致的测速失败。运用该测速系统进行了一系列二级轻气炮测速实验,成功测量了金属弹丸和非金属弹丸的速度,测速范围为1.58～4.51 km/s。将测量数据与磁测速系统测量数据进行比较,结果表明,该激光测速系统的测量精度高、稳定性好、灵敏度高、抗干扰性强、适用范围广。     

激光干涉测速技术在内弹道弹丸速度测量中的应用研究

 利用任意反射面激光干涉测速（VISAR）系统以及全光纤位移干涉仪（FDI）,测量了线膛炮弹丸速度,获得了线膛炮弹丸在0~491 μs内从零加速到140 m/s的速度历史,弹丸运动了20.7 mm,出炮口时的弹丸速度为817 m/s。实验结果表明,影响激光干涉测速技术在内弹道测量中应用的主要因素是炮口烟。研究结果对于深入探索激光干涉测速技术在内弹道测量中的应用有重要的参考意义。     

用于毫米级弹丸速度测量的光电检测装置

 为了满足二级轻气炮毫米级弹丸的测速需求,研制了一套利用激光光幕测量毫米级弹丸飞行速度的测试系统。采用光阑限光、光谱滤光和低阻滤波等复合抗干扰技术,解决了从强背景光中捕获快速变化的弱光扰动信号的技术问题,获得了较高的信噪比。在二级轻气炮上进行了直径为4 mm的球形金属弹丸测速实验,结果表明该装置的测量结果与线圈测速法实时监测结果的不一致性小于2%,可以满足毫米级弹丸速度测量的要求。     

二级轻气炮超高速弹丸发射技术的研究

 本文研究了提高二级轻气炮弹丸速度的发射技术途径。通过数值计算对各种装填参量的影响进行了详细讨论。认为减小弹丸质量、活塞质量以及注气压力，可使二级轻气炮在较少的装药量条件下提供较高的弹丸速度。目前已经做到在5 kg装药时，使30 g的弹丸达到7.2 km/s速度；60 g弹丸达到5.7 km/s速度；26 g弹丸达到7.4 km/s速度。装填3.5 kg药量时，使10.3 g弹丸达到了8.1 km/s速度。     

反应气体驱动二级轻气炮发射特性实验及数值计算北大核心CSCD

通过实验确定了20/57mm构型反应气体驱动二级轻气炮的气体装填参数与弹丸动能的关系。实验结果表明,反应气体驱动二级轻气炮的弹丸动能与气体反应化学能之间基本满足二次函数关系,系统发射稳定性满足加载实验要求。发展了基于气体爆轰模型的计算方法,通过数值计算获得了反应气体驱动二级轻气炮的发射特性,弹丸速度的计算结果与实测结果吻合较好。     

反应气体驱动二级轻气炮发射特性实验及数值计算

通过实验确定了20/57mm构型反应气体驱动二级轻气炮的气体装填参数与弹丸动能的关系。实验结果表明,反应气体驱动二级轻气炮的弹丸动能与气体反应化学能之间基本满足二次函数关系,系统发射稳定性满足加载实验要求。发展了基于气体爆轰模型的计算方法,通过数值计算获得了反应气体驱动二级轻气炮的发射特性,弹丸速度的计算结果与实测结果吻合较好。     

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。     

二级轻气炮发射过程中前冲气体的初步研究

 在二级轻气炮发射过程中,靶室内的残存气体和绕行到弹丸前方的推进气体都有可能对实验结果造成影响。利用石英传感器测量并得到了二级轻气炮高速弹丸发射时前冲气体的压力信号,并计算得到了相应的压力。实验结果表明：二级轻气炮发射时确实存在前冲气体现象,但其压力幅值较小,约为10^-2 GPa量级,不会对高压物理实验的结果造成明显的影响。     

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。     

超高速碰撞的弹托分离技术

 本文详细介绍了利用二级轻气炮发射超高速弹丸的弹托分离技术。实验结果表明采用拦截器技术进行弹托分离，不像气动力分离技术那样损失弹丸速度，可以充分发挥炮的发射性能。拦截器结构简单，很容易保证系统的同轴性。弹丸能够顺利地进入拦截器分离，分离的成功率为100%。     

成像型任意反射面速度干涉仪研制

成像型任意反射面速度干涉仪是激光驱动冲击波研究的重要诊断设备,主要应用于惯性约束聚变脉冲整形实验、高压状态方程实验研究和材料特性研究.基于传统任意反射面速度干涉仪的特点,研制了一台基于神光Ⅲ原型装置的成像型任意反射面速度干涉仪,该系统可用于测量自由面速度及透明介质中的冲击波速度.给出了成像型任意反射面速度干涉仪的详细设计要点.对系统性能进行了分析及测试,结果表明时间分辨优于30 ps,物方空间分辨约为10 μm,测速范围为6～45 km/s.     

枪弹间隙对水下枪内弹道的影响

为了研究枪炮全水下发射过程中枪弹耦合间隙对内弹道特性的影响,运用AUTODYN有限元仿真软件,针对滑膛水下枪枪弹耦合设置0.1 mm间隙与不设置间隙两种情况的内弹道过程进行了数值模拟;采用21、25和30 g装药量对水下枪全水下带间隙发射内弹道过程进行了仿真分析,获得了膛压、射弹速度以及过间隙燃气射流在内弹道过程中组分、压力与速度的分布规律;并设计了实弹射击实验用于验证仿真结果。仿真和实验结果表明,合适的枪炮耦合间隙能够有效地提高水下枪发射性能。当枪弹耦合设置0.1 mm间隙时,采用3种装药量发射均能产生弹前气幕,内弹道过程膛压下降明显,弹丸炮口速度提升较为显著,有利于产生稳定的超空泡包裹弹体,使其在水下运动时所受阻力大大降低,从而增加射弹水下行程。     

磁场准等熵驱动飞片技术原理性实验研究

 探索了磁场准等熵驱动飞片发射的实验技术,在FP-1装置上成功实现了多种尺寸飞片的驱动实验,并利用VISAR系统获得了飞片的速度历史曲线。在回路放电峰值为3 MA的情况下,获得飞片最高速度为797.3 m/s。初步获得了准等熵加载的原理性技术及其基本原理,促进了磁驱动准等熵加载、发射飞片实验技术,以及后续的物态方程研究的开展。     

弹丸挤进压力对平衡炮内弹道性能的影响研究

 利用工程法和挤进时期内弹道法计算了某口径平衡炮的弹丸挤进压力,分析了其对内弹道性能的影响。只要参数选取合理,便可用工程值代替挤进时期内弹道计算值,既简化了计算模型,又满足了试验精度,还可为此类火炮内弹道建模和试验提供依据。     

一种新型全光纤速度干涉仪

 基于传统速度干涉仪(VISAR)和光纤速度干涉仪(AFVISAR)的特点，提出了一种由光纤和光纤耦合器组成的工作波长为532 nm的新型全光纤速度干涉仪（NAFVISAR）。该干涉仪采用多模光纤器件构成分离系统,单模光纤器件组成核心部分。由于有两路携带不同信息的光束经不同路径传输到耦合器中，当这两路光束满足干涉条件时，可利用它们的干涉场信息来调解出被测靶的信息，从而区分波面的加减速变化。用该系统进行了Hopkinson森杆一维应力加载下的入射杆端面的速度剖面测试，实测速度最大值为49.36 m/s，与理论速度的最大值50.16 m/s基本符合，实现了全光纤速度干涉仪的实用化。     

A microstructure model for finite-element simulation of 3D rectangular braided composite under ballistic penetration

The non-delamination feature of 3D braided composites under transverse impact leads to their potential application in the field of ballistic impact protection. One of the effective ways to investigate the ballistic impact damage of the 3D braided composite is to simulate the penetration process by numerical method, such as finite element method. However the numerical simulations of ballistic impact damage are seldom conducted based on the microstructure level. This paper presents a microstructure model for simulating ballistic impact damage of 4-step 3D braided rectangular composite penetrated by a rigid steel projectile. The microstructure model is based on the same yarn spatial configuration with that of the braided composite and also on the assumptions of the braided yarns appear straight inside the braided preform, bending and then change to other directions only at the surface. The ballistic perforation of the braided composite specimen by a cylindrical-conically steel projectile has been simulated with finite element method. The comparisons between FEA and experimental results show the validity of the microstructure model, especially for the penetration resistance and impact damage of the composite. Compared with the other continuum models of the braided composite, the microstructure model can simulate impact damage more precisely. The velocity history and acceleration history of projectile, and impact damage development of the composite in FEM simulation indicate the different damage and energy absorption mechanisms of the braided composite compared with those of laminated composite.     

激光驱动飞片的线面成像VISAR测速技术

以激光驱动飞片速度场诊断为例,展示线面同时成像任意反射面速度干涉仪（VISAR）技术在超高速碰撞研究中的应用前景。将传统VISAR改为成像干涉结构,用变像管扫描相机和高速光电分幅相机分别记录作为信号载体的梳状干涉条纹随时间的变化,实现靶面一条线上各点速度历程和多个时刻二维靶面上所有点速度相对分布的测量。所研制的线面同时成像VISAR具有10 m的空间分辨和约15 m/s的速度分辨能力。用其测量了激光驱动铝膜飞片的速度场,直观给出飞片的演化发展过程。实验结果表明,线面同时成像VISAR技术可以为激光驱动飞片、超高速碰撞等领域的理论研究和数值模拟提供有效比对实验数据。     

Acceleration of Metallic Flyers at Angara-5-1 Facility

The acceleration of a flyer by a magnetic field allows studying the dynamic characteristics of matter in submicrosecond processes. At the Angara-5-1 facility, pressure is created by a magnetic field of the current with the linear current density of up to 5 MA/cm. The velocity of up to 10 km/s was obtained in the first experiments on acceleration of a duralumin flyer 1 mm thick. Two methods are used for registration of the flyer velocity: laser shadow photography and VISAR interferometric method. This paper presents the results of experiments on determining the velocity of a flyer by the VISAR method. Particular attention is paid to the problem of suppression of spurious signals in the VISAR registration system. The first problem was electromagnetic interference emerging when the Angara-5-1 facility is activated, when megavolt voltages and megaampere currents are generated within a hundred nanoseconds. The second problem was bremstrahlung radiation emerging when magnetic self-isolation is established in vacuum transmission lines. This radiation affects the optics, fiber optic cables, and photomultipliers. The suppression of these two sources of interference ensured the reliable registration of the VISAR signals. The results obtained by the two laser methods—shadow photography and VISAR—coincide with each other and with the results of numerical simulation of flyer acceleration. The experimental results and simulation results are compared.

     

激光驱动飞片的线面成像VISAR测速技术

以激光驱动飞片速度场诊断为例,展示线面同时成像任意反射面速度干涉仪(VISAR)技术在超高速碰撞研究中的应用前景。将传统VISAR改为成像干涉结构,用变像管扫描相机和高速光电分幅相机分别记录作为信号载体的梳状干涉条纹随时间的变化,实现靶面一条线上各点速度历程和多个时刻二维靶面上所有点速度相对分布的测量。所研制的线面同时成像VISAR具有10μm的空间分辨和约15m/s的速度分辨能力。用其测量了激光驱动铝膜飞片的速度场,直观给出飞片的演化发展过程。实验结果表明,线面同时成像VISAR技术可以为激光驱动飞片、超高速碰撞等领域的理论研究和数值模拟提供有效比对实验数据。