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某迫击炮弹及其隔爆型弹头触发引信相关技术研究

作　者: 吕爱平
导　师: 闻泉
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 迫击炮弹弹头触发引信涡轮爆轰波前冲过载
分类号: TJ412.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

为了给某迫击炮弹及其隔爆型弹头触发引信设计和外弹道计算提供参考,应用理论分析方法建立了涡轮解除保险机构解除保险运动过程动力学方程,采用Fluent软件对引信涡轮解除保险机构解除保险过程空气动力特性和迫击炮弹外弹道阶段外流场空气动力特性进行了仿真研究,运用LS-DYNA软件模拟了爆轰波在复合隔板中的传播特性,并对迫击炮弹引信前冲过载系数进行了仿真研究。通过Fluent软件仿真可以直观看出气流流经涡轮时速度场的变化,得出不同马赫数下涡轮表面压力分布、马赫数和攻角对涡轮受到的轴向力和扭矩的影响。随着马赫数的增大,涡轮受到的轴向压力和扭矩不断变大。在马赫数不变时,随着弹丸攻角的增大,作用在涡轮上的轴向压力逐渐减小,而扭矩则有增大的趋势。通过对迫击炮弹空气动力特性仿真可以得出空气动力系数与马赫数及攻角的关系。阻力系数受攻角的影响较小,而升力系数和俯仰力矩系数随攻角增大呈线性关系增大。在亚音速阶段,升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数随马赫数变化很小。而在跨音速阶段,升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数随马赫数增大急剧增大。通过LS-DYNA软件仿真得出爆轰波经过隔板衰减后压力峰值。钢和铝合金复合隔板能较好地衰减爆轰波峰值压力。空气隔层可在一定程度上衰减爆轰波压力。在隔板厚度和材料相同情况下,隔板两侧对称分布空气层与隔板单侧有总厚度相同的空气层对爆轰波衰减效果并不相同,隔板两侧对称分布空气层的衰减效果较好。通过对迫击炮弹以不同着速、不同着角碰击不同目标进行数值仿真得到了其引信前冲过载曲线。靶板材料、着速和着角对前冲过载曲线影响很大。随着着角不断增大,过载峰值呈减小趋势,而由于迫击炮弹的滴状外形使得弹体在靶板上碰撞与穿孔面积也不断增大,前冲过载曲线有可能会因此而再次出现一峰值,但该峰值明显小于首次峰值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-18
  1.1 课题背景  8
  1.2 迫击炮弹现状和发展趋势  8-10
  1.3 国内外迫击炮弹隔爆型弹头触发引信技术现状  10-14
    1.3.1 国外迫击炮弹隔爆型弹头触发引信技术现状  10-13
    1.3.2 国内迫击炮弹弹头机械触发引信技术现状  13-14
  1.4 国内外相关技术研究概况  14-16
    1.4.1 引信涡轮机构技术研究现状  14-15
    1.4.2 弹丸空气动力特性技术研究现状  15
    1.4.3 爆轰波传播特性研究现状  15-16
    1.4.4 弹丸碰击目标介质研究现状  16
  1.5 本文研究内容及行文结构  16-18
2 引信涡轮解除保险机构动力学建模及气动特性数值模拟研究  18-31
  2.1 引言  18
  2.2 引信涡轮解除保险机构  18
  2.3 涡轮解除保险运动过程动力学分析  18-22
    2.3.1 引信涡轮上的径向空气动力产生的旋转力矩M_w  19-21
    2.3.2 引信涡轮上的后坐力及其摩擦力矩M_(f1)  21
    2.3.3 引信涡轮上的轴向空气动力及其摩擦力矩M_(f2)  21-22
    2.3.4 涡轮与涡轮座螺纹间摩擦力矩M_(f3)  22
    2.3.5 涡轮解除保险机构解除保险运动方程  22
  2.4 涡轮脱离弹体后飞行轨迹及安全性分析  22-25
    2.4.1 涡轮飞行轨迹分析  22-24
    2.4.2 涡轮安全性分析  24-25
  2.5 涡轮解除保险运动过程气动特性数值模拟  25-26
    2.5.1 数值仿真模型的建立  25-26
    2.5.2 流体的控制方程  26
  2.6 涡轮解除保险运动数值模拟结果分析  26-30
    2.6.1 速度场计算结果及分析  26-27
    2.6.2 飞行马赫数对涡轮压力分布的影响  27-29
    2.6.3 弹丸飞行攻角对涡轮解除保险运动流场的影响  29-30
  2.7 小结  30-31
3 迫击炮弹外弹道阶段空气动力特性仿真研究  31-39
  3.1 引言  31
  3.2 弹丸空气动力工程计算  31-32
    3.2.1 阻力系数计算  31-32
    3.2.2 弹丸升力系数计算  32
  3.3 弹丸空气动力特性仿真计算模型  32-33
    3.3.1 几何模型  32-33
    3.3.2 网格划分及边界条件设定  33
  3.4 计算结果与分析  33-37
  3.5 小结  37-39
4 引信复合隔板爆轰波传播特性仿真研究  39-51
  4.1 引言  39
  4.2 爆轰波在介质中的传播  39-41
    4.2.1 固体介质  39-40
    4.2.2 空气介质  40-41
  4.3 复合隔板衰减原理  41-42
  4.4 仿真模型的建立  42-44
  4.5 数值模拟结果及其分析  44-49
  4.6 小结  49-51
5 迫击炮弹引信前冲过载系数仿真研究  51-62
  5.1 引言  51
  5.2 引信惯性部件相对速度理论分析  51-52
  5.3 有限元计算模型  52-55
    5.3.1 弹体有限元模型  52-53
    5.3.2 材料模型  53-55
  5.4 仿真结果分析  55-61
    5.4.1 垂直碰击50mm厚度靶板时的前冲加速度曲线  55-57
    5.4.2 垂直碰击厚度为25mm和15mm靶板的前冲加速度曲线  57-59
    5.4.3 前冲加速度随靶板厚度变化规律分析  59
    5.4.4 着角对前冲过载的影响  59-61
  5.5 小结  61-62
6 结论与展望  62-64
  6.1 主要工作和研究结论  62-63
  6.2 后续工作展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
附录A  69-71
附录B  71

某迫击炮弹及其隔爆型弹头触发引信相关技术研究

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