攻角对半穿甲战斗部侵彻航母双层靶板的效应研究

采用数值仿真方法,建立半穿甲战斗部对航母双层板侵彻效应的数值仿真计算模型,并计算战斗部以6种不同攻角侵彻目标的动态响应过程。结果表明,攻角对战斗部侵彻航母双层靶的能力有显著影响。随着初始攻角增加,战斗部的靶后余速下降,当初始攻角为20°和25°时,战斗部未能穿透航母的吊舱甲板。战斗部撞击吊舱甲板的攻角相对于初始攻角均有所增加,严重影响了战斗部对吊舱甲板的侵彻能力。战斗部对目标的侵彻破坏模式均属于延性扩孔和冲塞破坏模式。战斗部侵彻航母双层靶的过载较大且高过载持续时间长。当攻角大于10°时,战斗部在侵彻第1层靶板时,横向过载比较明显,导致战斗部结构出现不同程度的弯曲变形,这些因素给战斗部的结构完整性、装药稳定性和引信可靠性带来严峻挑战。该研究可用于指导半穿甲战斗部设计及其毁伤效应研究。     

航母甲板侵彻效应的数值仿真模型研究

采用数值仿真方法,建立半穿甲战斗部对航母甲板侵彻效应的数值仿真计算模型;确定了材料模型及参数;结合相关试验数据对模型进行验证。结果表明,在选取的6个正侵彻算例和3个斜侵彻算例中,弹丸穿过靶板后的剩余速度与相关参考文献中的相应实验测定值之间的最大相对误差和平均相对误差分别为6.81%和2.37%,且计算得到的破坏模式与实验结果相一致,验证了模型的有效性。该模型可应用于半穿甲战斗部侵彻航母甲板的毁伤效应研究。     

高效聚能战斗部对圆柱壳靶板毁伤效应研究

对一种圆锥、球缺组合药型罩高效聚能战斗部展开研究。分析其作用机理,建立该战斗部侵彻圆柱壳靶板的力学物理模型,进行数值模拟计算。研究表明,该战斗部利用聚能射流能为后续EFP弹丸随进破坏提供运动空间,增强对目标的破坏效应。     

破片侵彻X型夹芯双层舱壁结构的数值分析

利用非线性瞬态动力学软件MSC/Dytran,对战斗部破片侵彻X型夹芯双层舱壁结构的过程进行数值模拟,分析在不同质量及初始速度下破片的剩余速度和舱壁结构的能量变化,总结了破片的剩余速度和舱壁结构的吸能随侵彻载荷参数变化的规律。最后在破片侵彻单层靶板剩余速度经验公式的基础上,运用等效厚度法对单层靶板剩余速度经验公式进行修正后,得到了破片侵彻双层舱壁结构的剩余速度公式,为双层舱壁结构工程化应用提供参考。     

破片侵彻双层横舱壁剩余速度预报研究

文中对破片侵彻单层体单元靶板过程进行数值模拟研究,根据动态响应结果统计出破片侵彻靶板后的直径和靶板冲塞块厚度,从而建立破片墩粗率和靶板冲塞比关于破片直径和靶板厚度的关系;其次,结合数值仿真计算结果,对破片侵彻单层靶板剩余速度半经验公式中的参数进行计算,提出了破片侵彻双层横舱壁结构剩余速度预报公式,对公式的可靠性进行了验证.     

基于物质点法的弹体侵彻靶板破甲特性数值模拟

[目的]针对有限元法处理弹体侵彻船用钢板时因网格畸变而无法准确模拟破口破坏形态及其形成的动态过程的问题,[方法]采用基于物质点法(Material Point Method,MPM)构建弹体侵彻舰船板壳结构的数值仿真模型,模拟弹体在侵彻过程中的破甲特性。将在不同初速度下侵彻5和10 mm厚靶板后的破口及塑性变形模拟结果与实验结果进行对比,以验证所提方法的有效性。[结果]结果表明:物质点法的模拟结果与实验结果吻合较好;弹体侵彻靶板的破口以及塑性变形区基本保持不变,且破口略大于弹体直径;弹体对靶板的破坏属于冲塞形式的穿甲破坏;半球形弹体以低、中、高的速度侵彻舰船外壳的靶板破坏形式属于冲塞破坏模式,速度大小对靶板的破口影响不大,而对靶板破口处隆起的高度影响较大。[结论]所提数值方法可为研究导弹侵彻舰船板壳提供新的有效途径,计算结果可为舰船结构的防护设计提供参考依据。     

基于蒙特卡罗法的舰船目标毁伤概率分析

针对半穿甲战斗部侵彻舰船目标的毁伤概率研究提出一个新的毁伤概率计算公式,对该公式中的侵彻概率、弹体安定性满足要求的概率、冲击波毁伤概率和击中概率分别进行计算与分析。基于蒙特卡罗法仿真模拟半穿甲战斗部对舰船目标的打击,进行100次的独立重复仿真试验并且每次进行1 000次的模拟打击,求得各个设备被击中的概率。基于拉丁超立方随机抽样方法对毁伤概率公式中的相关参数进行有效性验证,验证结果表明拟合的函数关系与仿真结果之间误差在工程允许的范围内。     

钢/玻璃钢组合结构对高速弹丸的抗侵彻特性

为探究钢与玻璃钢的组合结构形式对舰船舱壁复合装甲结构抗穿甲性能的影响,采用均质钢板前置和后置玻璃钢来分别模拟舰船舱壁外设及内设复合装甲结构,结合高速弹道冲击实验,分析、比较2种结构形式组合靶板的穿甲破坏模式和抗弹吸能能力。在此基础上,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA开展高速立方体弹丸侵彻组合靶板的数值模拟计算,分析组合靶板的侵彻过程,并与实验结果进行比较。结果表明,数值计算结果与实验结果较为吻合;2种组合靶板中复合装甲板的破坏模式均主要为钢板的剪切冲塞破坏和玻璃钢的纤维剪切断裂,后置组合靶板中玻璃钢背层伴随有纤维的拉伸破坏;前置组合靶板的抗弹吸能能力要稍大于后置组合靶板。     

截锥形弹体穿甲薄板的数值计算研究

为了探讨薄板斜穿甲的破坏机理和弹体剩余速度，采用非线性动力学程序AUTODYN分析了截锥形弹体不同入射角度冲击下薄板的破坏模式，以及入射角度对靶板吸能和弹体剩余速度的影响，提出了靶板梨形孔的破坏模式．数值计算表明弹体斜穿甲时靶板吸收的能量与垂直穿甲时相差不大，斜穿甲时弹体在靶板上有滑移现象，并在高斜角低速撞击时弹体发生明显偏转，靶板也表现出不同的破坏模式。     

舷侧防护结构抗导弹动能穿甲防护性能数值仿真

[目的]为了分析不同的舷侧防护结构抗导弹战斗部动能穿甲的防护性能,[方法]设计单层均质钢装甲结构、双层格栅防护结构等舷侧防护结构,采用数值仿真方法对比不同的舷侧防护结构阻拦中型亚音速半穿甲反舰导弹战斗部的效果。[结果]研究结果表明:采用形式简单的单层均质钢装甲作为舷侧防护结构时,需采用力学性能优良且厚度50 mm以上的某高强度钢,并且在实船应用中还应考虑薄、厚板间施工以及异种钢电位差腐蚀等问题;而采用双层格栅舷侧防护结构则可以避免上述问题。对于双层格栅防护结构,在重量一定的条件下,通过将重量资源分配给内层板以增加内层板厚度,可以显著提高双层格栅结构的整体防护能力。[结论]研究成果可为水面舰船抗导弹动能穿甲舷侧防护结构设计提供参考。     

穿甲弹侵彻靶板数值模拟研究

基于Johnson-cook材料屈服模型描述材料本构关系,引入材料失效参数与单元删除技术,运用ABAQUS建立穿甲弹侵彻目标靶板的三维数值模型,研究探讨穿甲弹对靶板结构的毁伤机理及弹体碰撞冲击作用下靶板结构的损伤模式和动响应特性。分析结果表明：单元失效删除技术适用于处理侵彻冲击等大变形问题,穿甲弹侵彻靶板是典型的冲塞破坏,数值模拟的弹体剩余速度与参考文献结果吻合较好,充分验证了文中所建立的数值模型在预测侵彻过程中的动力响应及损伤的合理准确性。该研究方法与结论可为进一步研究物体碰撞时的侵彻和材料失效问题提供依据,也为穿甲弹结构优化设计及舰船结构装甲防护设计提供参考。     

反舰导弹弹道攻击模式及其战术运用

反舰导弹利用机动弹道是提高突防能力、增强攻击效果的重要措施.论文从导弹弹道运用的角度,归纳了目前世界主要先进反舰导弹的典型攻击模式,并阐述了低弹道、高弹道、复合弹道三种典型攻击模式的基本特征,进而分析了不同弹道攻击模式下导弹的突防能力.最后依据不同弹道攻击模式的优势和不足,对导弹弹道运用的制约因素、使用时机、协同方式等三个方面进行了分析和总结.     

相继增压对某型柴油机性能影响及喷油参数再优化

对某采用相继增压与可控进气涡流复合系统的柴油机建立了缸内仿真模型,分别对可控进气涡流系统和相继增压与可控进气涡流复合系统的燃烧过程进行仿真计算,结果表明,在低工况下后者排气中NOX、Soot的质量分数分别降低了54%和86.1%。并对相继增压与可控进气涡流复合系统柴油机喷油提前角、喷雾锥角进行了再优化仿真计算,结果表明,优化后喷油提前角为20°CA,喷雾锥角为155°。     

Experimental study and 3D CFD analysis on the optimization of throttle angle for a convergent vortex tube

Seven adjustments of convergent-type Vortex Tube (VT) with different throttle angles were applied. The adjustments were made to analyze the influences of such angles on cold and hot temperature drops as well as flow structures inside the VTs. An experimental setup was designed, and tests were performed on different convergent VT configurations at injection pressures ranging from 0.45 to 0.65 MPa. The angles of the throttle valve were arranged between 30° to 90°, and the numbers of injection nozzles ranged between 2 and 6. Laboratory results indicated that the maximum hot and cold temperature drops ranged from 23.24 to 35 K and from 22.87 to 32.88 K, respectively, at four injection nozzles. Results also showed that temperature drop is a function of hot throttle valve angle with the maximum hot and cold temperature drops depending on the angle applied. We used graphs to demonstrate the changes in the cold and hot temperature drops with respect to hot throttle angle values. These values were interpreted and evaluated to determine the optimum angle, which was 60°. The CFD outputs agreed very well with the laboratory results. The proposed CFD results can help future researchers gain good insights into the complicated separation process taking place inside the VTs.     

Environmental lumping for efficient fatigue assessment of large-diameter monopile wind turbines

Fatigue damage is one of the governing factors for the design of offshore wind turbines. However, the full fatigue assessment is a time-consuming task. During the design process, the site-specific environmental parameters are usually condensed by a lumping process to reduce the computational effort. Preservation of fatigue damage during lumping requires an accurate consideration of the met-ocean climate and the dynamic response of the structure. Two lumping methods (time-domain and frequency-domain) have been evaluated for a monopile-based 10 MW offshore wind turbine, both based on damage-equivalent contour lines. Fatigue damage from lumped load cases was compared to full long-term fatigue assessment. The lumping methods had an accuracy of 94–98% for the total long-term fatigue damage and 90% for individual wind speed classes, for aligned wind and waves. Fatigue damage was preserved with the same accuracy levels for the whole support structure. A significant reduction of computational time (93%) was achieved compared to a full long-term fatigue assessment. For the cases with 30° and 60° wind-wave misalignment, there was a mean underestimation of approximately 10%. Variations in penetration depth did not affect the selection of the lumped sea-state parameters. This work presents a straightforward method for the selection of damage-equivalent lumped load cases, which can adequately preserve long-term fatigue damage throughout the support structure, providing considerable reduction of computational effort.     

底部薄板附近的水流及泥沙运动特性

通过水槽实验探讨了在饱和来沙条件下底部薄板附近的水流、泥沙运动特性,包括不同薄板高度、与水流不同夹角的安装方向等情况下,单个底部薄板附近的水流结构、泥沙运动规律、底部薄板的导沙特性及其附近的冲淤现象,以及底部薄板群体的导沙特性。试验结果表明,实验使用的薄板的长度对实验结果影响很大,过短的薄板实验根本观察不到薄板前冲刷沟内的沙波运动,而该沙波运动严重影响薄板的导沙效应。底部薄板附近的水流结构具有强烈的三维特性,流场复杂,对于一定的薄板,水流夹角、沙波的运动是影响薄板的导流导沙促淤的主要因素。     

On the water impact and elastic response of a flat plate at small impact angles

It is well known that Wagner's theory for the impact between a flat body and a water surface cannot be applied to very small impact angles because of the effects of the trapped air. We focus our attention on the impact problem with a small impact angle, which has not been studied in detail owing to theoretical and experimental difficulties. In order to investigate the transitional impact behavior from a trapped-air impact to a Wagner-type impact, we carried out precise pressure and strain measurements by dropping a plate and increasing the impact angle, β, from 0° to 4° by increments of 0.5°. Based on the experimental results, the time histories of the measured pressures were identified as belonging to three patterns: the Wagner type, the trapped-air type, and the intermediate type. During the transitional impact process, the Wagner-type pattern was observed near the keel at the beginning of the impact, with the trapped-air pattern toward the edge of the plate. The Wagner-type pressure pattern dominated with increasing impact angle. Although high peak pressures appeared in the transitional impact process, the maximum strains measured in the plate were not so sensitive to the impact angle. It was found that the structural response can be estimated by using the average pressure at impact, which leads to a new design approach for small impact angles.     

大翼展混合驱动无人水下航行器水动力特性研究

为提高无人水下航行器的操纵性和运动控制算法的高效性,对航行器水的动力特性进行分析尤为重要。基于黏性流体理论,采用高效的计算域分区法提高航行器变攻角网格的生成效率,开展不同攻角和航速下的航行器水动力数值预报与分析,定量给出航行器的升阻力、升阻比和俯仰力矩系数随攻角的变化规律,得到航行器上浮和下潜时对应的最优攻角和动压力中心点偏移量,为航行器的运动的姿态控制提供设计和指导依据。分析攻角对航行器压力场、速度场和涡量场的影响规律,为后续优化航行器构型、提高航行器的水动力性能奠定基础。     

战斗部舱内爆炸对舱室结构毁伤的实验研究

为探讨舰船抗爆抗穿甲防护结构设计,利用导弹模拟战斗部进行了舱室内部爆炸模型试验,研究内爆条件下高速破片和爆炸冲击波对舱室结构的联合毁伤效应,分析舱内爆炸环境下舱室板架结构的典型破坏模式.结果表明:模拟战斗部内爆载荷作用下舱室结构的整体变形以冲击波破坏为主;战斗部破片对舱壁板架产生侵彻穿孔破坏,并在近爆区板架上形成了破口密集区域;单个破口对舱室整体结构破坏影响不大,而密集破口区在后续冲击波作用下会发生撕裂,形成大破口,影响舱室整体结构性能.该研究结果,可用于指导舰船防护结构的设计.