环形聚能装药相比传统的聚能装药具有侵彻口径大的优势,为了得到可以形成稳定的环形聚能射流的最优环形药型罩结构,提出了一种将数值模拟结果与BP神经网络相结合,并通过遗传算法对环形药型罩进行优化设计的方法。首先,利用正交试验法对环形药型罩进行方案设计,得到各因素对环形聚能射流稳定性的重要程度,其次利用LS-DYNA软件进行数值模拟得到最初的样本数据,然后通过MATLAB软件拟合出神经网络训练所需的样本数据,接着将环形药型罩结构参数作为BP神经网络的输入,射流头部速度、射流横向速度、射流长度分别作为输出进行训练,同时将测试值作为适应度,最后结合遗传算法选择最优的环形药型罩结构参数。研究结果表明:影响环形聚能射流成形的主要因素是药型罩口径和锥顶角,次要因素为药型罩罩顶厚、内罩偏移量和外罩偏移量; 当药型罩罩顶高为0.81 mm,药型罩口径为15.43 mm,罩顶角为61.89°,内罩偏移量为11.38%,外罩偏移量为14.36%时所形成的环形射流形态比正交实验所得环形聚能射流更好。

为开展93W钨合金破片对616装甲钢侵彻性能的研究,通过弹道枪试验分别对立方破片(底面为正方形)和圆柱破片进行了弹道极限速度测试,并基于试验结果对理论公式进行了修正,修正后的公式可应用于预测破片弹道极限速度。将仿真结果与试验结果进行了对比,验证了材料的可靠性,根据破片初速及剩余速度建立回归方程,外推得到破片的弹道极限速度,并进一步研究了无量纲弹长及无量纲靶厚对弹道极限速度的影响。结果表明,当确定破片及靶板的材料后,弹道极限速度仅与无量纲弹长和无量纲靶厚有关; 当无量纲弹长与无量纲靶厚确定后,破片形状对弹道极限速度的影响非常明显,立方破片更容易穿透靶板。当无量纲靶厚为1.6时,破片正侵彻12 mm厚度的靶板,弹道极限速度随破片无量纲弹长的增加而加大,且无量纲弹长每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约45 m/s; 当无量纲弹长为1.0时,破片正侵彻不同厚度的靶板,弹道极限速度随无量纲靶厚的增加而加大,且无量纲靶厚每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约50 m/s。

为了探究着靶角度对PELE侵彻钢筋混凝土靶扩孔效应的影响规律,建立了PELE侵彻钢筋混凝土靶的仿真模型,并且利用侵彻试验结果对仿真模型的准确性进行验证。在0～75°着靶角度范围内,从壳体变形模式、靶板扩孔直径等角度开展了PELE侵彻钢筋混凝土扩孔效应的影响规律与机理研究。研究结果表明:在0～30°着靶角度内,靶板的扩孔尺寸随着角度增大而增大,最大约为4.4倍弹径,并且PELE对钢筋混凝土靶板的破坏功增多; 随着着靶角度进一步增大,靶板的扩孔尺寸反而减小,PELE对钢筋混凝土靶板的破坏功也随之减少。此研究规律可对侵彻毁伤评估、新型动能武器系统设计提供技术支持和理论依据,并可用于指导钢筋混凝土防御工事设计。

快凝耐热铝合金已广泛应用于水陆两栖装甲车与轻型装甲侦察车车身等结构,由于车身铝合金材质的薄弱部件易受子弹撞击,导致车身关键部位所受损伤与破坏问题较为严重,因此有必要对铝合金薄板被子弹击穿时的损伤特性开展研究。本文通过ABAQUS仿真平台建立铝合金薄板与子弹弹头的显式动力学模型,研究了7.62 mm与9 mm两种不同口径的子弹弹头侵彻倾角、弹头自身角速度等参数对高强度铝合金薄板的损伤特性。结果表明:在相同侵彻倾角与子弹初速与角速度的情况下,9 mm子弹弹头对铝合金薄板造成的损伤程度更大,使薄板受到更大冲击; 7.62 mm子弹弹头对铝合金薄板的侵彻力度更大,有更好的贯穿特性; 随着子弹角速度的增加,两种型号子弹弹头对铝合金薄板破坏程度先增大后减小,角速度为2 000 rad/s时达到临界值; 侵彻倾角影响矩形模板破坏程度,但该影响存在临界值,到达临界值前,子弹穿透能力较小; 到达临界值后,继续增大倾角不再增大穿透能力; 同时随着倾角的增大,9 mm子弹弹头对铝合金薄板生成的动能总体均先增大后减小,倾角为45°时对矩形模板产生的动能最大。

为验证应用Hybrid III假人开展非致命动能弹钝性冲击损伤的有效性,揭示动能弹钝性冲击与汽车安全领域大质量低速冲击的不同,采用数值模拟的方法研究了非致命动能弹和大质量冲击物钝性冲击Hybrid III 50^th假人胸部的动态过程,并基于粘性标准对非致命动能弹胸部损伤风险进行了数值评估。结果表明:Hybrid III假人在非致命动能弹钝性冲击下的胸部压缩量和粘性指数最大值均在尸体实验的验证区间内,是一种有效的损伤评估替代物; 在同等初始能量下,非致命动能弹钝性冲击时程更短、冲击力峰值更大、能量衰减速度更快,会造成胸部局部动能和内能的快速转换,从而形成局部表面伤,创伤面大于弹体横截面,且在肋骨前侧拐角处首先出现应力集中,容易造成断裂; 而大质量低速冲击时的冲击物动能大部分转化为胸部内能,损伤伤情以胸内骨折和脏器损伤为主。质量为30 g的L5型棍弹速度超过74.6 m/s时,造成胸骨或两根以上肋骨骨折的概率超过50%。

为了获得固体火箭发动机的推进剂内孔形状对烤燃特性的影响,针对装填高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)的圆形孔、星孔装药的固体火箭发动机,在基于Arrhenius定律的基础上,分别建立了对应的固体火箭发动机二维、三维非稳态烤燃模型。对上述两种装药结构的固体火箭发动机烤燃过程进行了数值模拟,分析了以上两种内孔形状对推进剂烤燃特性的影响。结果表明:固体推进剂的内孔形状在不同热载荷条件下的烤燃响应特性不同。快速烤燃条件下,内孔形状对固体火箭发动机的烤燃响应特征参数影响较小; 在慢速烤燃条件下,推进剂内孔形状对推进剂着火延迟时间影响有限,对着火温度和着火位置则有显著影响。采用圆形孔装药时发生烤燃响应的着火温度较高,而采用星形孔装药时则较低; 圆形孔装药时着火位置在推进剂头部内孔壁面附近,且随升温速率增大着火位置逐渐向端面移动,而星形孔装药时着火位置则位于推进剂中部的内孔壁面附近,且随升温速率的增大着火位置会出现跳跃性变化。

为了研究高低压室发射弹丸过程中内弹道的参数设计问题,采用经典内弹道理论,结合高低压室发射特点,建立了高低压室发射弹丸内弹道仿真计算模型,设计了一种高低压室发射系统试验装置,对不同喷口大小情况下的高低压室发射弹丸内弹道进行了试验研究,将仿真计算结果与试验结果进行了对比分析,验证了仿真计算模型的合理性。应用该仿真模型分析了高低压室内弹道工程设计中的发射药弧厚、破孔压力、弹丸启动拉力等因素对内弹道性能的影响。研究表明:高压室喷口大小对高压室压力和弹丸初速影响较大,减小喷口半径在一定程度上可以降低火药的能量损失; 发射药弧厚对高低压室内弹道性能影响较大,随着弧厚的增加,高低压室压力降低,弹丸出炮口速度降低; 破孔压力对高低压室内弹道性能影响较小,但应满足高压室内发射药的点火压力要求; 弹丸启动拉力主要影响低压室内压力和弹丸初速,与高压室的压力基本无关。研究结果可为高低压室内弹道结构设计和装药设计提供参考。

为了解决固体火箭推进剂高温高压燃气输运系数难以实验测量和理论预估的实际问题,考虑燃气中含有H₂O、HCl、SO₂等强极性组分和H₂等轻质组分,通过大量文献实例验证,归纳了适于上述组分及其混合物在高温高压条件下的扩散系数计算方法,并计算了典型双基推进剂、复合改性双基推进剂和复合推进剂三种主要固体推进剂燃气在不同温度(1 500～3 800 K)和压强(8～20 MPa)下的扩散系数和输运准则数(施密特数和路易斯数),得到了固体火箭发动机燃气扩散系数随温度和压强变化的幂指数函数规律(典型双基推进剂燃气的扩散系数随温度变化的幂指数为1.646 55、典型复合改性双基推进剂和典型复合推进剂为1.629 52),以及路易斯数、施密特数的典型取值(典型双基推进剂燃气的施密特数为0.772、路易斯数为0.91,典型复合改性双基推进剂燃气的施密特数为0.675、路易斯数为0.9,典型复合推进剂燃气的施密特数为0.74、路易斯数为0.83)。这对于促进高温高压气体混合物输运性质的深入研究、火箭发动机燃烧及其内外流动仿真,均具有重要的实际应用意义。该方法没有考虑凝聚相对输运性质的影响。

为研究高精度狙击步枪在训练和作战使用时,由于射击导致枪管污染和发热后,枪械再次射击时的射击精度变化情况,以国内已经大量装备的某型7.62 mm高精度狙击步枪为研究对象,制定实验方案,在室内靶场100 m射击距离上,采用精度射击试验台对某型7.62 mm高精度狙击步枪进行射击精度试验,分析枪管污染程度和温度随射弹量的变化规律,探讨枪管污染和发热对高精度狙击步枪射击精度的影响。结果表明:射弹量在1个弹药基数内,随着射弹数的增加,高精度狙击步枪枪管内膛污染加重,枪管温度明显升高,但显著低于小口径步枪; 无论是枪管污染加重还是枪管温度升高,对高精度狙击步枪100 m射距处的射击精度均无明显影响。用户不需要在1个弹药基数内频繁擦拭枪管,也不需要分别在冷、热枪管状态下进行射校矫正。

箔条在现代战场的电子对抗中被广泛应用,其云团的散布问题已得到了深入的研究及发展,但现有模型不能够准确地预测高牵连速度下箔条云团的散布形态及分布规律。为了明确实战中箔条弹动态抛撒下云团散布及云团内部箔条分布规律,以刚体动力学模型和碰撞概率模型为基础,对牵连马赫数为0.8的箔条干扰弹动态抛撒过程进行了数值模拟,并开展试验验证了计算模型的准确性和有效性。研究表明,牵连速度对云团散布有重要影响,箔条云的散布成型可以在0.1 s内完成,0.3 s后云团内部各方向上箔条的数量分布情况基本不再变化,仿真与试验中箔条云团的形态及大小基本吻合,得出箔条云团轴向截面由锥形向矩形变化的分布规律。各方向上云团边界值的发展趋势在0.3 s前后有明显不同,且0.3 s后云团质心速度不再改变,云团整体进入沉降阶段。载体火箭飞行方向上不同位置的箔条速度相差较大,在该方向上箔条位置分布的不均匀性较为明显。研究结果可为不同牵连速度下的箔条动态抛撒散布研究提供理论依据。

为使制导炮弹在不同飞行状态均保持较优的气动外形,提高飞行效率,增加射程,设计了一种变体制导炮弹,并开展气动参数计算、气动特性分析和弹道仿真等研究。首先根据设计指标确定变体制导炮弹的气动布局,通过迭代优化确定弹翼、鸭舵、尾翼的具体参数,并描述其控制方式和弹道特点; 随后利用工程化算法计算变体制导炮弹的气动数据,分析升力系数、阻力系数和静稳定度等参数与弹翼外形变化之间的关系; 最后根据气动特性分析的结果为所设计的变体制导炮弹制定变体方案,采用hp-自适应伪谱法,分别对变体制导炮弹和固定外形制导炮弹以射程最大为目标进行弹道优化。结果表明:所设计的变体制导炮弹满足设计指标,具有良好的气动特性和操纵性,弹道计算结果表明通过引入变体飞行技术可以使射程提升10%～22.5%,研究结果可以为今后变体制导炮弹的研究提供参考。

为了研究非对称×形折叠翼巡飞弹的气动特性,在保证弹径、弹长、舵翼的弦长和暴露展长相同的情况下,分别开展了对称×形折叠翼气动布局与非对称×形折叠翼气动布局巡飞弹气动特性的数值模拟,对比了两者侧向力系数、滚转力矩系数、升力系数以及阻力系数,发现与×形翼气动布局相比,非对称×形折叠翼气动布局产生了侧向力与滚转力矩。进一步分析了非对称×形折叠翼气动布局产生侧向力与滚转力矩的原因。结果表明:在亚音速条件下,非对称×形折叠翼气动布局的升力系数与阻力系数随着攻角和马赫数的增大而增大; 非对称×形折叠翼气动布局由于舵翼沿着弹身是非对称布置的,导致了非对称的气动干扰,从而产生了侧向力和滚转力矩。非对称×形折叠翼气动布局的侧向力系数随着马赫数的增大而增大,随着攻角的增大呈现先增大后减小再增大的趋势,滚转力矩系数随着攻角和马赫数的变化较为复杂。

为了对某软后坐试验炮的前冲-后坐运动、制退机力进行计算及优化,建立了其反后坐装置动力学模型,通过流场计算完善解析模型中的参数,通过流场仿真检验该模型与流场仿真模型的相似度,最终得到可以近似代替流场仿真模型的解析模型。基于牛顿运动定律、伯努利方程建立动力学模型,针对中心流口筒壁沟槽式制退机进行了匀速后坐仿真,得到沟槽与流口在匀速后坐时的体积流量分配规律; 通过多速度、多开口面积仿真得到液压阻力系数与中心流口大小、流速的关系; 通过多前冲速度、多前冲位移仿真得到前冲机压强损失的规律。通过Matlab计算参数完善后该模型的火炮发射过程,并将得到的后坐速度以预定义文件Profile的方式赋给Fluent瞬态仿真中的活塞,进行仿真验证。两者的结果对比说明,该数学模型能较好地与传统制退机流体Fluent仿真模型相吻合,多通道组合流液孔制退机的液压阻力可根据伯努利公式与通道间的流速比计算。

为评估超声速飞行时弹箭尾翼的安全性,结合弹道曲线,计算了某型火箭弹在不同马赫数下飞行时的稳态外流场,并研究了2 s内的瞬态传热。根据传热计算的结果调整了材料的力学性能参数,进而计算了在不同飞行马赫数下,弹箭尾翼受空气动力作用产生的总变形和等效应力。结果表明:弹箭以高马赫数飞行时,前缘翼尖温度最高,且高温由该位置向内部迅速传递,马赫数越大,升温越剧烈,导致翼片前缘出现烧蚀,因此高速飞行的弹箭应对尾翼等结构进行热防护处理。高温会使材料性能下降,在气动热和气动压力共同作用下,翼片会产生较大变形,且应力可能超过许用应力。最大变形量出现在前缘翼尖,最大应力出现在翼根靠近前缘处,且都随飞行马赫数增加而增大。

发射药温度直接影响装药的燃烧速度,进而影响火炮的发射性能。为了深入研究弹药温度试验中发射装药的保温平衡时间,选取了不同口径的多种现役典型弹药展开了实验研究,通过对弹药改装并搭建多通道的温度采集系统,测量了靶场弹药保温试验升、降温过程中发射装药内部温度的变化规律。在此基础上,引入了弹药热学中心的概念和保温平衡时间的计算方法,得到了12种发射药在4种温度工况下的保温平衡时间。研究结果表明:弹药内部从外向里传热速率越来越慢、保温平衡时间越来越长; 本文研究的12种发射装药的保温平衡时间均不超过26 h,口径较大的弹药所需的弹药保温平衡时间较长,其中小口径弹药的保温平衡时间仅需要7～8 h; 装药中心的传火管结构和中空的可燃纸筒结构减小了弹药的保温平衡时间。通过比较得出,靶场试验弹药的保温平衡时间较现行国军标规定的保温平衡时间可大幅缩短,能够提高靶场试验效率,具有重要意义。