弹道学报

付昱;宋文艳;汪秋吟

. 2024, 36(01): 1-9.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)01-001

摘要 (24)

可视化

工作在较宽飞行范围的高马赫数组合动力飞机,其动力性能受到飞行条件/飞行姿态以及模态转换的影响,并进一步影响其飞行任务性能。为尽可能真实并快速地评估组合动力飞机的飞行任务性能,提出了一种考虑模态转换的组合动力飞机任务性能快速评估方法,并量化研究了不同飞行轨迹、不同模态转换区间对飞行任务性能的影响。首先建立了高马赫数飞机的飞行动力学模型,将飞行姿态考虑进任务分析中; 随后建立了组合动力的非安装及安装性能计算模型,飞行轨迹中可实时模拟动力装置的性能; 最后建立了模态转换模拟模型,可分析模态转换过程对飞行任务性能的影响。结果表明:该文研究的飞行马赫数为5的组合动力飞机,巡航高度由海拔20 km升高至27 km,巡航距离增加18.3%,总航程增加21.9%; 将模态转换马赫数区间由低马赫数2～2.3向高马赫数2.2～2.5范围移动,爬升加速段距离增加8.4%,爬升加速时间增加5.8%。

固体火箭发动机零维内弹道点火模型与计算

陈军

. 2024, 36(03): 19-24.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)03-003

摘要 (24) PDF全文 ( 531KB ) ( 3 )

可视化

点火过程是内弹道的初始阶段,但由于点火过程的复杂性以及点火机理仍然不完善,点火过程始终不能与内弹道有机结合,使得目前工程上的内弹道计算只能忽略点火过程而直接选择点火压强作为计算初始点。以零维内弹道理论为基础,建立了点火过程3个阶段,即点火诱导期、火焰传播期和充气期的简化理论模型,可以与零维内弹道有机结合,从而完成了内弹道从环境压强(而不是点火压强)开始计算的完整过程。通过实例计算与验证,该模型能够很好展示在点火阶段燃烧室压强的建立过程,并可以计算得到点火延迟时间、火焰传播时间、点火药流量等点火参数,具有较高的预示精度,满足工程计算要求。研究表明,建立的点火过程理论模型与传统零维内弹道一样计算简便快捷,并具有较好精度的工程应用化特点。研究结果对于完善固体火箭发动机内弹道理论、提高固体火箭发动机内弹道预示精度,均具有重要的实际应用意义。由于采用了简化的点火过程理论模型,该结果不能直接用于点火性能的研究,只能用于零维内弹道性能的预估与计算。

电磁炮轨道间距高精度测量技术研究

裴朋超，曹斌，葛霞，王东东

. 2024, 36(02): 105-110.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)02-014

摘要 (22) PDF全文 ( 1026KB ) ( 0 )

可视化

电磁轨道炮内膛尺寸精度与发射过程中枢轨高速滑动电接触状态密切相关,准确获取内膛尺寸可有效指导其电枢设计、枢轨匹配性研究等工作。根据轨道炮异形炮膛截面及其形貌特征,并结合内膛间距变化形态,提出一种基于角平分线特性的内膛尺寸高精度测量方法,通过将局部长度范围内两条轨道空间位置关系等效成一定角度张开的两条线段,以角平分线为测量基准,在其上任取一测量点,过该点分别做两条轨道的垂线,定义两垂足的连线即为该测量点处的轨道间距值。通过开展样机设计、全系统误差分析及对比校核,对某口径轨道炮轨道间距进行工程实测。结果表明测量误差≤0.05 mm,满足精度要求。通过获取轨道间距准确数据,可对后期电磁发射装置数值建模、装配工艺及性能检测提供不可或缺的测量手段,进而促进轨道炮武器的工程化应用。

基于最优模型选择的多信标长基线定位系统误差辨识方法

冯旭东;邢尧;王炯琦;何章鸣;周萱影

. 2024, 36(01): 85-96.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)01-012

摘要 (18)

可视化

为辨识多信标长基线定位系统误差,及提高定位精度,针对目标安装多个信标且目标体积不可忽略的情况,构建了多信标体制的长基线水下定位模型。进一步针对测元系统误差中包含的声速误差、时延误差,在多信标体制定位模型的基础上,构建了多类系统误差辨识模型,并结合水下目标定位过程,计算时延残差,构建模型最优检验统计量,给出了系统误差模型的最优选择准则,实现水下目标位置参数和系统误差参数的有效估计。仿真结果表明,该模型最优选择准则可以有效选择合适的系统误差辨识模型,提高长基线水下目标的定位精度。提出的基于最优模型选择的多信标长基线定位系统误差辨识方法可为水下目标定位试验提供理论支撑和有效参考。

现代火炮内弹道面临的问题与对策

余永刚

. 2024, 36(03): 1-11.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)03-001

摘要 (18) PDF全文 ( 1249KB ) ( 2 )

可视化

从现代火炮及弹药技术的发展趋势,分析了火炮内弹道面临的问题,阐述了火炮内弹道理论与技术的发展方向,集中体现在三个方面,一是提高常规固体发射药火炮的作战效能; 二是发展与制导弹药等特种弹药发射方式相适应的内弹道理论与控制技术; 三是研究新能源火炮的内弹道理论与控制技术。在此基础上,结合国内外研究状况,对若干重点问题进行了述评,并提出了研究对策。

考虑弹头滚转姿态变化影响的防热层厚度优化

单继祥;赵平;何衍儒;杨鑫

. 2024, 36(01): 10-17.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)01-002

摘要 (17)

可视化

基于气动热/结构温度响应耦合计算方法,研究了弹头固定攻角再入条件下锥身典型子午面结构温度响应特性,以及滚转姿态变化时刻对各子午面结构温度响应的影响,建立了考虑弹头滚转姿态变化影响的防热层厚度优化方法,并基于该方法开展了弹头防热层厚度优化。最后,研究了滚转姿态变化次数对优化效果的影响。结果表明:在再入弹道前段进行滚转姿态变化可使外壁面气动加热量更为合理,有效降低弹体锥身壳体内壁面温升。当迎、背风面壳体内壁面最大温升约束为25 K时,与无滚转姿态变化状态下相比,滚转姿态变化设计可使防热层厚度减小0.725 mm,减小幅度为5.4%。通过与滚转姿态变化时刻的联合设计可有效降低锥身防热层厚度。与单次滚转姿态变化时相比,两次滚转姿态变化时防热层厚度减小量仅增大1.9%,增加滚转姿态变化次数对优化效果影响较小。

内膛精度对轨道炮电枢发射过程影响分析

裴朋超;曹斌;王普毅;葛霞;王东东

. 2024, 36(01): 35-40.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)01-005

摘要 (15)

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电磁轨道炮炮膛装配精度直接影响到发射过程中枢轨滑动电接触状态,为分析炮膛装配精度对电枢动态发射的影响,基于炮膛间距实测数值,提取炮膛间距典型变化形态,并建立典型形态下电枢内弹道发射动力学模型,理论分析了炮膛尺寸变化在发射过程中对电枢受力、振动等的影响,并通过真实工况下的动态发射试验和枢轨静态滑动接触试验对理论分析结论进行验证。研究结果表明,膛间距的随机变化可导致发射过程中电枢和轨道处于非对称接触状态,在膛间距变小时,枢轨接触区域会经历由小变大的过程,这一过程有利于增大枢轨接触区域,当膛间距增大时,枢轨接触区域逐渐减小,造成局部面积通过电流过大,当内膛装配精度误差超过0.2 mm以上时,由此引起的内膛间距波动可导致发射过程中电枢受力不均,同时对电枢产生横向附加振动,这是导致电枢膛内高速运动而解体的主要原因之一。通过分析炮膛装配精度对电枢发射过程的影响,研究结果可以有效指导枢轨匹配性设计,对促进电磁炮未来工程化应用意义显著。

反应装甲对金属射流的干扰作用研究

严晨;郁红陶;雷若奇;王贺;张晓婧

. 2024, 36(01): 63-69.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)01-009

摘要 (15)

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基于爆炸反应装甲与聚能射流的作用机理,研究某新型反应装甲对金属射流的干扰作用,运用理论分析、数值模拟和试验验证的方法进行综合研究,采用三维数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA,运用控制变量法,针对特定结构反应装甲进行不同法线角条件下的侵彻模拟,并进行侵彻过程分析,得到不同法线角条件下反应装甲对金属射流的有效切割长度、金属射流的剩余侵彻速度、反应装甲面板和背板的运动速度随时间变化等干扰作用变化数据,能够观察到反应装甲面板和背板的飞行状态和干扰后的射流形状。根据所得数据、曲线图及侵彻结果图并结合相关干扰作用理论进行分析。得到面板和背板对射流有效干扰长度、面板和背板最大速度、射流剩余侵彻速度等干扰性参数变化规律。对比分析表明,随法线角的增大,面板和背板有效干扰长度逐渐增大,法线角70°工况条件相比于法线角0°,背板有效切割金属射流的长度范围提高了368%; 射流剩余侵彻速度随法线角的增大呈减小趋势,法线角在50°～70°范围,射流剩余侵彻速度降低幅度最大; 且随法线角的增大,射流受反应装甲干扰作用越强。

某弹射装置压强异常升高故障分析及仿真研究

余剑，张路，何君，陈哲，张思危，李云峰，秦沛文

. 2024, 36(03): 32-39.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)03-005

摘要 (15) PDF全文 ( 1910KB ) ( 0 )

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探讨了某小型弹射动力装置试验中出现的发射筒内初始压强异常升高的问题,并提出了一种基于零维内弹道模型的计算方法,该方法考虑了富燃气体的燃烧放热反应,具有原理简单、计算量小、计算速度快等优点,使用Matlab开发环境编制了计算程序,与弹射试验结果进行对比,验证了该数值模型的有效性和准确性。在此模型的基础上研究了发射筒内二次燃烧现象。研究发现,无论发射筒内是否发生二次燃烧现象,发射筒压强和导弹加速度的时间曲线均表现出明显的双峰效应,此外,二次燃烧效应不仅会显著提高前峰峰值,而且会导致后峰峰值的下降,在前峰峰值后会出现发射筒压强陡降至较低值的现象。同时,二次燃烧效应也会对导弹的出筒速度和出筒时间造成显著影响。进一步研究发现,通过扩大发射筒初始容积和降低燃气中的富燃气体含量,可以降低二次燃烧效应对发射筒低压室压强和导弹加速度的影响。研究结果为弹射动力装置内弹道的设计提供了理论支持,具有一定的普适性和参考价值。

基于SSA-MPC-SMC的四旋翼无人机轨迹跟踪

唐亮，刘响响

. 2024, 36(03): 49-57.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)03-007

摘要 (15) PDF全文 ( 1953KB ) ( 0 )

可视化

为解决六自由度四旋翼无人机(UAV)在轨迹跟踪控制过程中,因为存在复杂的外部未知干扰,而使系统的轨迹跟踪精度产生较大波动的问题,设计了一种新型的级联双闭环控制系统,分别针对速度误差和位置姿态误差。首先,使用模型预测控制(MPC)设计速度闭环控制器,麻雀搜索算法(SSA)因具有快速收敛性和强鲁棒性,被应用于MPC滚动优化进程求取最优解。为了克服MPC存在的计算量过大的缺点,使用滑模控制(SMC)分别设计位置和姿态动力学控制器。SMC对外界干扰不敏感、鲁棒性强、无需精确建模,从而解决了UAV外部干扰不确定以及难以准确建模的问题。使用饱和函数替代符号函数,使实际系统的输入具有连续性,从而有效地减轻SMC中的高频抖振现象。最后使用李雅普诺夫理论验证所提出的SSA-MPC控制器的稳定性。实验结果表明:在受到复杂的外部未知干扰以及参数不确定的情况下,所提出的方法能够保证六自由度四旋翼UAV实现高精度跟踪,且控制效果明显优于传统单一控制器构成的UAV控制系统。所提出的级联控制器可以有效地实现复杂的外部未知干扰下的四旋翼UAV轨迹跟踪。

战斗部高速侵彻混凝土靶动态响应数值模拟研究

盛强，孟繁霖，张先锋，刘闯

. 2024, 36(03): 91-100.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)03-012

摘要 (15) PDF全文 ( 5788KB ) ( 1 )

可视化

为研究冲击载荷下侵彻战斗部动态响应特性,基于弹-靶分离方法模拟了战斗部侵彻半无限混凝土靶过程,分析了不同装药与壳体头部曲径比、速度及尺寸下战斗部的动态响应,结果表明:装药的最大过载高于壳体最大过载,且装药最大过载、变形程度与装药头部曲径比正相关,应力波导致的装药变形主要分布于头部端面、头部与圆柱段过渡处。战斗部壳体头部曲径比(CRH_S)增大,壳体及装药最大过载均呈降低趋势,且二者最大过载差值逐渐缩小,CRH_S=4时装药的最大塑性应变约为CRH_S=2时的29%,且高应变区域明显减小。侵彻初始速度主要影响过载幅值,初始速度越高,战斗部壳体和装药的过载、塑性变形程度越大。而对于不同尺寸的战斗部而言,在不考虑混凝土骨料尺寸、应变率等因素的影响下,战斗部的最大过载、侵彻深度、应力幅值等参量满足相似律,但装药变形程度不符合,战斗部尺寸越大,装药塑性变形越严重。

串列双圆柱倾斜入水试验研究

刘陈，吕续舰，李胜男，王旭

. 2024, 36(02): 90-97.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)02-012

摘要 (14) PDF全文 ( 3128KB ) ( 2 )

可视化

基于高速摄像方法开展串列双圆柱倾斜入水试验研究,分析串列双圆柱入水空泡演化特性及运动特性的变化规律。结果表明:当双圆柱入水时序差为3.5 ms时,圆柱Ⅱ(后入水圆柱)入水后进入圆柱Ⅰ(先入水圆柱)的空泡中并与之碰撞。根据独立扩张原理,圆柱Ⅰ在被撞击后获得瞬间的加速,从而使撞击位置截面的空泡迅速扩张,形成嵌套空泡。碰撞破坏了双圆柱的稳定性,导致两个圆柱在水中翻转。当时序差在10.2～31.8 ms范围内时,圆柱Ⅱ入水后进入圆柱Ⅰ的空泡中,未与圆柱Ⅰ发生碰撞,在穿破圆柱Ⅰ空泡壁后再次进入水中运动。由于圆柱Ⅱ在空泡中运动时受到的阻力显著低于水中运动,因此具有较好的存速性能。当时序差为48.2 ms时,圆柱Ⅰ空泡尾部在浮力作用下上飘明显,两个圆柱的空泡壁面之间的排斥作用导致圆柱Ⅱ受到压力后轨迹偏移,圆柱Ⅱ入水后没有进入圆柱Ⅰ的空泡中。圆柱Ⅱ入水运动特性与单个圆柱相似,所以圆柱Ⅰ入水后流场的扰动对圆柱Ⅱ的影响很小。但是随着圆柱向下运动,两个圆柱周围空泡之间的相互作用影响了圆柱Ⅱ在水中运动的姿态。

容弹内片状无烟煤粉喷射掺混特性实验研究

张锋;续晗;翁春生;罗永晨;肖博文;倪晓冬;郑权

. 2024, 36(01): 41-49.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)01-006

摘要 (14)

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粉末在容弹以及发动机燃烧室内的掺混状态对粉末爆轰特性有较大的影响,因此亟须对粉末在有限空间内的喷射掺混特性展开研究。搭建了一套透明的容弹系统,通过高速摄影监测系统,对片状煤粉在容弹内的喷射掺混过程进行观测,并对高速摄影拍摄图片进行后处理,分析煤粉在容弹内的喷射掺混变化规律。针对煤粉喷射掺混图像建立了一种灰度值标准差曲率分析方法,研究发现标准差曲率趋于0的初始时刻为煤粉掺混均匀最佳时刻,可以选取为最佳点火时间点,且该方法所选取的时刻与逐帧分析高速摄影图像所选取的时刻吻合。在煤粉浓度为120 g/m³,210 g/m³,300 g/m³下,依次展开煤粉喷射掺混实验,并应用此灰度图像标准差曲率分析方法进行分析。实验结果表明:保持煤粉浓度一致时,掺混均匀性最佳时间随喷粉时长的增长而逐渐缩短,点火时刻提前; 保持喷粉时长一致时,掺混均匀性最佳时间随供粉浓度的增长而延长,点火时刻延后。

轴向冷气弹射系统建模及仿真分析

刘刚，张瑜莹，景凤理

. 2024, 36(03): 25-31.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)03-004

摘要 (14) PDF全文 ( 3125KB ) ( 0 )

可视化

根据轴向冷发射需求,同时避免发射过程对发射平台内部空间的污染,设计了一种以高压氮气为弹射能源的轴向底推式冷弹发射装置。介绍了轴向冷弹发射系统的结构组成、工作原理以及设计要点,并运用理想气体状态方程、质量和能量守恒定律、气体动力学等设计理论与方法,建立了轴向底推式冷气弹射系统的高压室、低压室、阀口气体流动以及导弹运动的数学模型。为提高导弹发射时的分离速度,同时降低发射过载峰值,以建立的数学模型为基础,基于内弹道结构参数,采用VB语言编程,通过仿真计算和分析,研究了气瓶初始压强、气瓶容积、低压室初始容积、电磁阀通径、无阻尼自然频率、阻尼比及活塞(托盘)直径等弹射系统的主要结构参数对产品的分离速度和发射过载的影响,找出了各个结构参数变化对导弹分离参数的影响规律,并对影响规律的机理进行了分析。该研究为弹射系统结构参数的优化提供了理论依据,为同类型轴向冷弹发射装置内弹道设计提供了理论参考和依据。

火星低密度大气条件下超声速降落伞充气过程研究

贾华明，张文博，王文强，刘乃彬

. 2024, 36(03): 58-66.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)03-008

摘要 (14) PDF全文 ( 1796KB ) ( 0 )

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降落伞充气过程是火星探测器着陆过程中最为关键的环节,该文推导建立了考虑火星稀薄大气环境、超声速工作条件的降落伞充气过程计算流体动力学和结构动力学模型,流场求解采用可压缩流场模型,结构动力学采用伞系统多节点质量阻尼弹簧模型,通过计算得到某时间节点处的流场,将该流场中的压力数据引入伞系统质量阻尼弹簧模型,从而获得下一时间节点的伞衣形状,最后得到充气过程中伞衣形状和流场之间的动态关系,从而模拟了在这种条件下的降落伞充气过程。将仿真计算结果与飞行试验结果进行对比分析,两者的一致性很好,证明了所建立的数学模型的正确性。研究表明:开伞动载达到峰值后有明显的振动,振动频率只与降落伞自身特性有关; 伞衣张开的速度呈现出先慢后快的特点; 在初始速度相同的情况下,随着大气密度的增加,开伞动载峰值增大; 在初始动压相同的情况下,随着大气密度的增加,开伞动载峰值减小。

“智能弹道理论与技术”的兴起给外弹道学发展带来的问题与挑战

王中原，史金光，常思江，陈琦，王旭刚

. 2024, 36(04期): 1-10.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)04-001

摘要 (14) PDF全文 ( 523KB ) ( 10 )

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弹道学是兵器科学与技术的基础学科之一,同兵器技术的发展息息相关。伴随着智能弹箭的兴起和发展,智能弹道理论与技术将是今后外弹道学发展的一个主流方向。但如何理解智能弹道的概念、内涵和功能,智能弹道同已有弹箭的飞行弹道有何差异、所依托的关键技术有哪些、难点何在,以及后续发展中应注意的问题等这些内容尚在探讨中。该文以展望外弹道学发展为着眼点,以外弹道理论与技术为基础,对上述问题展开分析和梳理,以期为后续智能弹道理论与技术的发展提供帮助。应当指出,智能弹道理论与技术引出了众多外弹道学新问题、新概念、新术语和新技术,需要外弹道学研究人员不断探讨,并在发展研究中逐渐完备其理论。该文仅是抛砖引玉,希望有更多外弹道学研究人员来开展这方面研究,逐步形成智能弹道理论体系。

现代火炮内弹道面临的问题与对策

余永刚

弹道学报. 2024, 36(3): 1-11.

摘要 (13) PDF全文 ( 1249KB ) ( 2 )

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变外形滑翔制导炮弹的气动外形多目标优化

刘天翔;史金光;赵新新;任华杰

弹道学报. 2024, 36(2): 29-36.

摘要 (12)

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电磁轨道发射系统动力学理论与设计方法研究进展

王国平;伍根洋;何斌;杨富锋

弹道学报. 2024, 36(2): 1-9.

摘要 (12)

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电磁轨道发射系统动力学理论与设计方法研究进展

王国平，伍根洋，何斌，杨富锋

. 2024, 36(02): 1-9.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)02-001

摘要 (12) PDF全文 ( 4110KB ) ( 1 )

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电磁轨道发射作为电磁发射技术的重要分支,具有发射速度高、射速可调节等显著优势,被誉为改变未来战争样式的颠覆性技术之一。目前,电磁轨道发射技术仍然面临射击精度低及装置寿命短等关键瓶颈问题,这些都与电磁轨道发射装置所涉及的复杂电、磁、热和力等多领域耦合发射动力学行为密切相关,然而国内外对极端冲击条件下电磁轨道发射装置的系统动力学分析尚缺少成熟理论方法和技术手段。针对上述情况,从动力学建模、性能预测、优化设计等方面综合阐述近期电磁轨道发射系统动力学理论与设计方法的国内外研究进展,总结相应的研究方向和需求。随着电磁轨道发射装置的工程化发展,电磁轨道发射系统的建模与仿真应考虑发射环境的全系统因素,建立电磁轨道发射装置和发射环境耦合的发射动力学性能快速预测和优化设计系统,详细阐明电磁轨道发射装置和发射环境多领域耦合振动机理等基础科学问题,为电磁轨道发射装置系统动力学的深入研究和相关装备研制提供支撑。

气液混合作动装置内弹道设计与试验研究

王金龙，董朝庆，王后

. 2024, 36(02): 53-58.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)02-007

摘要 (11) PDF全文 ( 1633KB ) ( 0 )

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为提升某大型起竖-翻转设备的快速响应能力,开发了一种新型燃气-液压混合作动装置,针对该新型混合动力装置,建立了变构型燃烧“凹型”药柱燃面推移变化数学模型及气液混合作动装置内弹道数值计算模型,完成了样机研制和空放试验研究,通过变构型燃烧“凹型”药柱的燃面匹配设计,实现了对不同燃烧阶段作动装置的快速建压和流量的稳定输出控制,验证了本文所建立的内弹道数值计算模型的准确性及该混合作动装置系统设计的可靠性。在此基础上,分析了“凹型”药柱设计参数对作动装置工作性能的影响,计算结果表明:作动装置输出流量的大小和响应时间的快慢主要与“凹型”药柱初始燃面及增面燃烧阶段肉厚的大小相关,药柱整体高度则决定了作动装置系统工作时间; 在本文计算工况下,凹槽直径和药柱高度每增加10 mm,作动装置响应速度、平均输出流量和工作时间分别提升0.09 s、13 L/min和0.2 s左右。研究结果可为大型起竖装置的快速展开提供一种新的动力源及内弹道设计方法。

暴雨环境下滑翔制导炮弹气动特性研究

刘译蔓，陈琦，常思江

. 2024, 36(02): 37-43.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)02-005

摘要 (11) PDF全文 ( 1783KB ) ( 0 )

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为研究暴雨条件对滑翔制导炮弹气动特性的影响,基于双向动量耦合的欧拉-拉格朗日方法,采用考虑转捩的剪切应力输运湍流模型(Transition SST)和三阶精度的MUSCL格式,建立了暴雨环境下的滑翔制导炮弹气动特性计算模型并进行数值模拟。结果表明:与无雨条件相比,降雨在弹丸表面形成了贴体水膜层,后续雨滴粒子下落时,会冲击弹丸表面水膜形成凹坑,增加了弹丸表面的粗糙度; 随着飞行速度的增加,弹体表明温度逐渐升高,水膜层的厚度随着蒸发不断减小; 当炮弹以亚跨音速飞行时,暴雨环境对炮弹气动系数有较大的影响,当炮弹以Ma=0.8 的速度在降雨强度为2 200 mm/h的工况下飞行时,阻力系数提高了27.39%,升力系数减小了18.09%。同时,随着降雨强度的提高,炮弹阻力会呈现先增加后减小再增加的趋势,但此差异会随着炮弹飞行速度的增大而逐步消失,而升力系数会不断下降; 在降雨强度不变,炮弹飞行速度达到Ma=0.95时,阻力系数提高了32.29%,升力系数减小了18.38%; 当炮弹飞行速度达到Ma=1.2时阻力系数提高了21.76%,升力系数减小了18.87%。

嵌入后退式子母弹高速分离安全性评价方法

刘广;俞刘建;李微微;许斌;张保刚;葛志闪

弹道学报. 2024, 36(2): 82-89.

摘要 (11)

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潜射导弹出水姿态影响因素研究

韦懿珉;李书田;于海龙;何斌

弹道学报. 2024, 36(2): 98-104.

摘要 (11)

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基于极值响应的某翻转输药机构运动精度非概率可靠性分析

高轩;陈龙淼;羊柳

弹道学报. 2024, 36(2): 59-64.

摘要 (11)

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潜射导弹出水姿态影响因素研究

韦懿珉，李书田，于海龙，何斌

. 2024, 36(02): 98-104.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)02-013

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为实现潜射导弹出水姿态的快速精确计算,建立了海洋流场模型和潜射导弹出水动力学模型,分析了空化现象对弹体水动力特性的作用,研究了弹体速度,海流速度,波浪高度以及出水相位对导弹出水姿态的影响。研究结果表明,在速度不高于20 m/s的情况下,空化效应对出水过程中导弹姿态的影响较小; 弹体速度直接影响导弹受波浪力的作用时间,弹速越低,潜射导弹受波浪力影响越长,出水姿态参数变化越明显; 海流流速越大,导弹姿态受扰动越严重,侧向偏距越大; 波高影响波浪力幅值大小,对出水姿态参数有着直接的影响,波高越大对出水姿态参数的影响越大; 出水初相位和流速主要影响流体质点的运动方向,改变波浪附加惯性力,导弹在波谷和波峰位置出水对导弹姿态影响最大,波节介于两者之间。

嵌入后退式子母弹高速分离安全性评价方法

刘广，俞刘建，李微微，许斌，张保刚，葛志闪

. 2024, 36(02): 82-89.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)02-011

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嵌入后退式子母弹分离过程中,当子弹的后、中吊挂脱离导轨后,子弹运动姿态受到母弹的牵连,处于半约束状态,吊挂与导轨间的接触碰撞和母弹对子弹的气动干扰对分离过程具有极大的影响。为了为嵌入后退式子母弹高速分离安全性设计提供重要的理论支撑依据,确保子母弹安全分离,提出了子母弹高速分离高精度时空数值仿真安全性评价方法。在构建子母弹分离过程变构型气动力响应面模型和变构型变质量多体动力学模型的基础上,建立了子母弹分离过程变构型变质量组合体多体-气动流固耦合高精度时空数值仿真平台。基于该模型对不同的初始边界条件的子母弹分离过程进行仿真计算,获得了子母弹分离过程中的姿态参数,可对子母弹分离安全性进行动态评估; 确定了子母弹可安全分离初始边界条件,为制定有利于提高子母弹高速分离安全性的技术措施提供了量化设计依据。通过仿真算例和试验表明,所构建的子母弹高速分离高精度时空数值仿真平台具有较高的准确性和可信度,研究结果对嵌入后退式子母弹高速分离安全性评价具有非常重要的工程价值。

内凹六边形负泊松比蜂窝结构弹带挤进过程力学特性

弹道学报. 2024, 36(4): 63-64.

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混合励磁式电涡流制退机电磁场与阻力特性分析

王义金，杨国来，李雷，王丽群

. 2024, 36(02): 74-81.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)02-010

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电涡流制退机具有无液体泄漏、无需密封、阻力稳定的优势。与目前应用较多的永磁式电涡流制退机相比,混合励磁式电涡流制退机采用线圈替代了一部分永磁体,对阻力特性的调节效果更好。对比了混合励磁式电涡流制退机2种可能的结构形式,然后根据磁路分析与初步计算选择出具有更好阻力性能的结构。针对该结构,利用等效磁路法计算气隙磁场,采用子域模型考虑感生涡流影响,建立了求解混合励磁式电涡流制退机阻力值的等效子域模型。根据某口径火炮反后坐要求,确定了制退机的主要尺寸参数,完成了混合励磁式电涡流制退机结构参数的前期设计,并通过数值计算对解析计算结果进行了验证。接着,针对某口径火炮发射时的工况建立仿真模型,以炮膛合力曲线和复进机力的后坐行程函数曲线作为条件输入,分析强冲击载荷下混合励磁式电涡流制退机的电磁阻尼力、后坐位移和后坐速度规律。最后,分析了不同气隙宽度与内筒的电导率对电磁阻尼力的影响,结果表明气隙宽度越小电磁阻尼力越大,同时过大的内筒电导率会导致电磁阻尼力呈现“马鞍”型。本文研究可为混合励磁式电涡流制退机的工程化应用提供理论基础。

气液混合作动装置内弹道设计与试验研究

王金龙;董朝庆;王后

弹道学报. 2024, 36(2): 53-58.

摘要 (10)

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变外形滑翔制导炮弹的气动外形多目标优化

刘天翔，史金光，赵新新，任华杰

. 2024, 36(02): 29-36.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)02-004

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为提高滑翔制导炮弹在爬升段和滑翔段的气动弹道性能,实现大幅度增程的目的,基于尾翼变后掠变展长的形式对常规固定外形的滑翔制导炮弹进行变外形设计。采用Missile Datcom作为气动计算工具,以尾翼展长和后掠角作为变形参数,并调整舵翼的外形参数,基于NSGA-Ⅱ多目标优化算法对滑翔制导炮弹的爬升段(优化目标为弹丸的零升阻力系数和静稳定储备量)和滑翔段(优化目标为弹丸的升阻比和操纵比)分别进行了变外形多目标优化设计,最终获得各飞行段的最优外形方案。数值仿真结果表明:优化后的变外形方案可明显改善该滑翔制导炮弹各飞行段的气动弹道性能。在本文设定的飞行条件下,爬升段阻力系数降低了13.3%,滑翔段升阻比增大了36.1%,弹丸在整个飞行过程中稳定性适当,且稳定性和操纵性、舵偏角与平衡攻角匹配较好; 相较于基准固定外形方案,滑翔控制条件下采用变外形方案的滑翔制导炮弹射程增加了8.4%,增程效果显著。本文工作为滑翔制导炮弹的变外形方案设计提供了参考。

系统收敛时间和攻击角度控制的滑模导引律

张宽桥;张德锋;王振兴;刘敏

. 2024, 36(01): 18-25.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)01-003

摘要 (10)

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针对打击机动目标带攻击角度约束的导引律设计问题,采用滑模控制理论、任意收敛时间控制方法和干扰观测器,设计了一种攻击角度和收敛时间控制的导引律。根据弹目相对运动关系,将目标机动和建模误差等视为干扰,构建了考虑攻击角度约束的制导系统状态方程。分析了任意收敛时间控制方法在干扰情况下的性能,采用滑模控制和干扰观测器对任意收敛时间控制方法进行改进,提升鲁棒性。将该方法用于滑模面和趋近律设计中,采用干扰观测器对系统扰动进行估计,基于滑模控制理论,结合制导控制系统状态方程,推导出了收敛时间和攻击角度可控的滑模导引律。相比有限时间收敛导引律,该导引律的收敛时间和攻击角度可直接设定,无需根据制导参数计算。设置不同的目标机动方式以及不同的攻击角度和收敛时间,进行了多场景的数值仿真。结果表明,所提导引律能够有效实现攻击角度和收敛时间控制,并精确命中目标,同时相比现有导引律其制导性能更佳。

紫铜爆炸成型弹丸等效弹丸侵彻规律研究

许猛;杜忠华;刘宇珩;徐立志;董朋超

. 2024, 36(01): 70-77.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)01-010

摘要 (10)

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为了探究一种以紫铜作为药型罩材料的周向多线性爆炸成型弹丸侵彻毁伤规律,用25 mm口径火炮发射一种长径比为1:5的紫铜EFP等效弹丸,分别从紫铜弹丸1 000～1 700 m/s的着靶速度和0°～70°的着靶角度两方面研究了其对Q235钢的侵彻毁伤规律,建立了紫铜杆式弹丸侵彻Q235钢靶的仿真模型,拟合出了实验所用紫铜的Johnson-Cook本构模型参数及断裂失效参数,并且利用侵彻试验结果对仿真模型的准确性进行验证。研究结果表明:该拉伸试验得到的Johnson-Cook本构模型参数及断裂失效参数能够较为准确地描述紫铜在侵彻过程中的断裂失效行为; 在800～2 000 m/s时,紫铜EFP模拟弹丸侵彻深度随侵彻速度的增加呈线性增加; 弹丸着靶角为40°时,弹丸偏转角达到最大6.35°,弹丸着靶角在10°～30°之间时,弹丸侵彻深度能达到最大。该研究可为周向多线性紫铜爆炸成型弹丸战斗部的威力设计提供参考。

火炮内弹道挤进过程导转侧力特性

梁林，李翔，彭松江，王炳哲

. 2024, 36(03): 12-18.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)03-002

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为研究弹丸挤进过程膛线导转侧与弹带的力学响应,基于能量法推导弹丸挤进过程弹带运动、变形及其与膛线相互作用的力学机理,根据经典内弹道理论分析了弹带挤进后与膛线导转侧受力关系,分别得到挤进过程和挤进后导转侧受力的一般表达式,并分析了挤进过程及挤进后导转侧受力的主要影响因素。采用弹塑性有限元方法模拟弹丸膛内运动过程,获取多种工况下导转侧受力动态响应,分析导转侧受力变化特性,以及挤进过程中导转侧力受挤进速度和坡膛角的影响规律。研究表明:弹丸挤进过程导转侧受力与挤进速度、坡膛角正相关,挤进后导转侧受力与弹底压力变化趋势一致; 在一定速度范围内,弹丸挤进过程的导转侧受力远大于最大膛压时刻,且随着速度增加,挤进过程导转侧受力与最大膛压时刻的比值有明显增大的趋势; 对于弹丸启动后自由行程较长的埋头弹火炮,挤进过程受力更为恶劣,需加强装药结构及优化坡膛结构为提高身管寿命创造条件。研究结果可为弹丸结构设计及弹炮匹配性分析提供理论参考。

单尾裙式EFP超音速气动特性及飞行稳定性研究

李珍珍，杨永亮，杨贵涛，王雅君，杨宝良，张东江，郭锐

. 2024, 36(03): 40-48.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)03-006

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飞行稳定性对爆炸成型弹丸(EFP)的存速能力和着靶姿态有直接显著的影响,进而影响EFP远距离飞行后的侵彻威力。为了获得低阻且飞行稳定的EFP构型,针对超音速(马赫数为4～7)飞行的单尾裙式EFP,数值研究了结构参数(尾裙角为0°～25°、尾裙长与总长之比为0.2～0.7、长径比为3～7、实心长与总长之比为0.2～1)对EFP的升力系数、阻力系数、静稳定储备量等气动参数的影响规律。结果表明:升力系数、阻力系数与尾裙角、尾裙长和长径比均呈正相关。静稳定储备量与尾裙角和长径比均呈正相关,随尾裙长的增大,其先增大后减小。实心长对EFP的升力系数、阻力系数和压心位置几乎无影响,但实心长通过改变EFP质心位置进而影响静稳定储备量。当尾裙角为20°、尾裙长与总长比为0.265、实心长与总长比为0.755及长径比为5时,单尾裙EFP结构兼具较低的阻力和良好的飞行稳定性。探究了马赫数和攻角对该型EFP的升阻力系数和静稳定储备量的影响规律,结果表明:马赫数越大,阻力系数越小; 攻角越大,阻力系数和静稳定储备量越大。研究结果从空气动力学角度为具有高侵彻性能EFP战斗部的设计提供参考。

基于StarCCM+的运载器无人机发射动态响应分析

张剑昆，杨昆

. 2024, 36(03): 67-74.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)03-009

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为拓展折叠翼无人机的使用范围、延伸水下平台的信息获取能力,在结合了水下无人航行器和无人机二者优势的前提下,提出了一种能够携带无人机进行干式发射的水下运载器方案。同时,为了能够较好地评估运载器在海面发射无人机方案的可行性,利用计算流体力学仿真软件StarCCM+,模拟无人机海上发射环境,并在仿真环境中模拟无人机的漂浮和发射过程。借鉴国外设计经验,分别设计了气囊式方案和推进器方案,并针对不同海况、不同结构参数和姿态参数分别进行仿真评估,最终在海况条件下进行发射过程仿真。结果表明,对于水下处于零浮力状态的无人机运载器,其气囊式方案和螺旋桨推进式方案在不同海况条件下均能较为稳定地漂浮于水面; 在无人机发射方面,气囊式方案在静水条件和海况条件下的最大下沉距离相差约为2.5%,一致性较好,优于螺旋桨方案30%的误差水平,同时气囊式方案在发射无人机期间的运载器平均最大下沉距离为0.28 m,低于螺旋桨推进方案的 0.4 m。综合比较下,气囊方案更加稳定可靠。

基于数值模拟的蜂窝钢管约束混凝土靶抗侵彻机理

宋殿义，蒙朝美，谭清华

. 2024, 36(03): 82-90.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)03-011

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多孔蜂窝钢管约束混凝土靶具有良好的抗侵彻性能和拓展性能。基于ANSYS/LS-DYNA软件,采用FEM/CSCM-SPH/HJC耦合法,模拟了多孔蜂窝钢管约束混凝土靶抗硬芯枪弹侵彻过程,研究了蜂窝钢管约束混凝土靶的抗侵彻机理。结果表明:与单孔正六边形钢管约束混凝土靶和无约束混凝土靶相对比,蜂窝钢管约束混凝土优异的抗侵彻性能主要体现在隧道侵彻阶段,表现为限制弹丸头部附近混凝土的径向膨胀,增大侵彻阻力; 对比单孔正六边形钢管约束混凝土靶,蜂窝钢管约束混凝土靶周边单元为钢管提供了支撑,限制了钢管壁的面外弯曲变形,强化了钢管的约束效应,即形成周边单元的附加约束作用; 对比无约束混凝土靶,钢管的存在限制了蜂窝钢管约束混凝土靶被打击单元的径向膨胀,强化了被打击单元混凝土的围压效应,提高了混凝土的强度和变形性能,增大了弹丸的侵彻阻力,从而使其抗侵彻能力提高。因此,蜂窝钢管约束混凝土靶由于蜂窝钢管的侧向约束和周边单元的附加约束双重约束效应而体现出良好的抗侵彻性能。

爆炸冲击波作用下车载炮驾驶室结构动态响应数值仿真

倪鸿，徐亚栋，魏胜程

. 2024, 36(03): 101-110.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)03-013

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地雷、简易爆炸装置和路边炸弹已成为车载炮的严重威胁,地雷爆炸产生的冲击波会对车载炮驾驶室结构造成损伤并危害乘员的生命安全。由于驾驶室底部不同位置地雷爆炸产生的冲击波对驾驶室的响应差异较大,该文对车载炮驾驶室底部在6个爆炸冲击工况下的响应过程进行数值仿真,采用ALE算法建立土壤、空气和炸药模型,Lagrange算法建立车载炮驾驶室和底盘模型,并使用流固耦合算法计算爆炸冲击波传播过程,以及在此过程中车载炮驾驶室的动态响应。分析乘员脚部位置底板处的冲击波压力、加速度和速度变化情况,得到乘员脚部位置底板处的最大冲击波压力、加速度和速度,分析最恶劣工况下的驾驶室结构的损伤情况。仿真结果表明,地雷产生的冲击波使驾驶室底板产生较大的加速度和速度,驾驶室结构发生破坏,乘员在此情况下会受到伤害,有必要针对车载炮驾驶室增加防护结构。仿真结果可以为车载炮驾驶室防护结构设计提供参考。

某小口径埋头弹弹体破碎性研究

张志涛;张海峰;王颖;王明广;刘凯;李博;张迪;于良

. 2024, 36(01): 78-84.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)01-011

摘要 (9)

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埋头弹作为一种新型弹药,具有体积小、形状规则等优点,是未来弹药发展的重要方向之一。弹体破碎性直接影响弹丸威力,为提高弹丸威力,弹体材料、炸药种类、弹体装药结构必须合理搭配。通过对30CrMnSiA、40MnNiMo、50SiMnVB 3种常用弹体材料进行破碎性试验,寻求一种适合某小口径埋头弹的弹体材料。试验结果表明:50SiMnVB材料的弹体形成的有效破片数量最多,质量相对均匀,更适合用于小口径弹药弹体材料。同时,针对50SiMnVB弹体材料形成破片质量分布不均、利用率低等问题,利用ANSYS LS/DYNA有限元分析软件对该口径埋头弹弹体膨胀和自然破片形成过程进行了数值模拟,通过对弹体自然破片形成机理的分析并结合埋头弹发射具有高膛压、高过载的特点,设计出一种结构简单,加工成本低廉,可用于高膛压、高过载的弹体结构,并对所设计的弹体结构自然破片的形成过程进行数值模拟。数值仿真结果表明该种弹体结构设计方案具有较高的可行性。进行了破碎性试验验证,试验结果表明该种弹体结构形成的有效破片数量可增加16.5%。

一种基于轨迹预测的滑翔制导炮弹时间约束末制导律扩展方法

尹秋霖，陈琦，王中原，马帅

. 2024, 36(02): 21-28.

https://doi.org/10.12115/j.issn.1004-499X(2024)02-003

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针对滑翔制导炮弹末制导过程中的攻击角度与攻击时间控制问题,为简化制导律设计、方便工程应用,提出了一种将现有高性能非时间约束制导律扩展为可处理时间约束形式的方案。该方案以非线性导引模型为基础、现有制导律作用下的弹丸飞行轨迹为参考轨迹,通过为弹丸预设合理的飞行时间并结合轨迹预测的方法,将滑翔制导炮弹的末制导过程分为2个阶段。第一阶段制导炮弹在扩展后的制导律作用下飞行,通过增加参考轨迹曲率、延长弹丸飞行时间的方式使攻击时间误差在有限时间内收敛至零; 第二阶段制导炮弹在原始制导律作用下飞行,直至命中目标以满足脱靶量与攻击角约束。同时,通过不同工况下的大量仿真,研究了设计参数的取值范围对第一阶段中弹丸攻击时间误差收敛性能的影响。该扩展方案的推导过程无需现有制导律的显式表达,具有一定的通用性。研究结果表明:通过合理的参数设置,扩展方案可以在现有制导律的基础上实现攻击时间控制,且制导指令光滑,需用过载较小,符合作战任务要求。

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