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高速杆式弹丸的成形机理和设计技术
中文名称: 高速杆式弹丸的成形机理和设计技术
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论文编号: 3046944收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Formation Mechanism and Design Technique of High-Velocity Rod-Shaped Projectiles
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 工程力学
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 弹丸 设计技术 成型装药 高速杆式弹丸 射流 爆轰驱动 遗传算法 JPC装药
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论文简介:本文研究的高速杆式弹丸是一种头部速度高、具有一定速度分布、长径比较大的弹丸,由杂合装药产生。这类杂合装药的药形罩形状介于射流药形罩和爆炸成型弹丸药型罩之间,兼有射流速度高、侵彻能力强和爆炸成型弹丸药型罩质量利用率高、大炸高性能好的特点,可用于对抗坦克或其它装甲武器系统,摧毁反应装甲和陶瓷装甲,也可作为串联战斗部的前级装药,为后级主装药开辟侵彻通道。这种特殊性能的弹药是上世纪九十年代才发展起来并正在转入应用的一种新型装药。 目前西方国家对高速杆式弹丸仍然保密,公开发表的资料很少。在公开发表的资料中,大都是实验结果的报道,很少涉及设计思想、原理、方法以及实验装置方面的内容。本文通过理论分析和数值模拟计算,分析了高速杆式弹丸的成形机理,以及各种设计因素对弹丸性能的影响。在此基础上,设计了两种结构新颖的、低长径比的高速杆式弹丸装药:截顶大锥角药型罩装药和截顶郁金香药型罩装药。截顶大锥角药型罩装药通过截顶、变壁厚和环起爆方式,提高弹丸头部速度,降低弹丸速度梯度,提高药型罩质量利用率,使药型罩在装药爆轰驱动下形成高速杆式弹丸。截顶郁金香药型罩装药通过截顶、变曲率和环起爆,使药型罩在装药爆轰驱动下形成高速杆式弹丸。 用闪光X射线摄影法观察了上述两种高速杆式弹丸的形成过程,测量了弹丸速度、直径等参数,用钢靶测量了其侵彻能力。实验结果验证了高速杆式弹丸的成形机理,设计的两种装药均产生了头部速度高、具有一定速度分布、长径比较大、侵彻能力强的高速杆式弹丸。当装药长径比低至0.5时,产生的弹丸头部速度vtip=4.98km/s,尾部速度vrear=2.62km/s,质量约占药型罩质量的55%,在11倍装药口径炸高条件下,对45钢的侵彻深度为2倍装药口径。 利用实验结果,结合理论分析,比较了截顶大锥角药型罩装药和截顶郁金香罩药型罩装药在弹丸成形机理、弹丸性能方面的区别。结果表明,与截顶郁金香罩装药相比,截顶大锥角罩装药的长径比小,形成的高速杆式弹丸虽然质量利用率有所降低,但速度较高,速度梯度更小,侵彻能力更强,是设计高速杆式弹丸的比较合理装药结构。在滑移、平面爆轰驱动飞片理论和射流形成理论的基础上,编制了射流解析计算程序ASCC(AnalyticalShapedChargeCode)。通过与实验、数值模拟及其它的射流解析计算程序结果的比较,说明ASCC程序可以有效地计算小锥角罩的射流参数和大锥角罩的高速杆式弹丸参数。在ASCC程序中引入遗传算法,实现了高速杆式弹丸的非线性优化设计,为进一步研究高速杆式弹丸奠定了初步的基础。 数值模拟结果在药型罩压垮过程、高速杆式弹丸形状、速度等方面与实验结果符合。以数值模拟研究了截顶高度、装药高度等设计因素对大锥角罩装药形成高速杆式弹丸的影响,优化了两种高速杆式弹丸装药模型,其中的优化模型Ⅰ在t=100μs时,弹丸头部速度vtip=4.32km/s,尾部速度vrear=3.64km/s,长度l=103.3mm,质量约占药型罩质量的60%;优化模型Ⅱ在t=70μs时,弹丸头部速度vtip=4.61km/s,尾部速度vrear=2.77km/s,长度l=103.2mm,质量约占药型罩质量的83%。 以数值模拟研究了JPC(JettingProjectileCharge)装药形成的高速杆式弹丸的特性。JPC装药几乎把全部药型罩转化为弹丸,速度梯度小,但整体速度低于截顶大锥角罩装药产生的高速杆式弹丸。 本文的主要工作目的是了解高速杆式弹丸的成形机理,探讨相关的设计技术,建立其理论分析和数值模拟方法,设计实验装置进行实验验证,编制ASCC程序,应用遗传算法对高速杆式弹丸进行非线性优化设计,应用数值模拟对高速杆式弹丸进行优选设计。本文创新之处主要有: a.在国内首次设计了高速杆式弹丸装药。实验证实这种装药长径比低,产生的高速杆式弹丸兼有射流速度高、侵彻能力强和爆炸成型弹丸药型罩质量利用率高、大炸高性能好的特点,可望应用于反装甲和串联钻地武器系统; b.建立了高速杆式弹丸理论分析方法,编制了分析程序ASCC,并在程序中引入遗传算法,实现了高速杆式弹丸的非线性优化设计; c.采用兼有拉格朗日和欧拉方法两者优点的ALE方法有效地解决了多介质相互作用的大变形运动问题,建立了高速杆式弹丸数值模拟方法。 作者在攻读博士学位和撰写学位论文期间,以第一作者在国内核心期刊上发表文章8篇,国外期刊1篇,从事与学位论文有关的科研工作获得军队科技进步一等奖1项(排名第3)、二等奖1项(排名第1)、三等奖1项(排名第1)。
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