旋转炮弹计转数定距引信弹道和试验环境研究

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为了给某中大口径坦克炮前向增强型旋转稳定杀爆弹定距空炸弹底引信设计提供参考,利用空气动力学理论研究了该坦克炮弹丸外弹道自转角速度衰减规律;利用流体力学软件Fluent仿真研究了马赫数、转速和攻角对弹丸极阻尼力矩系数的影响,将极阻尼力矩系数进行非线性拟合,代入外弹道转速微分方程组进行解算,得到转速变化规律,将其结果与理论计算结果对比并通过靶场试验验证;利用传热学理论中的非稳态导热计算方法及热-结构耦合分析方法研究了膛内高温高压燃气对弹底引信底部零件的影响;利用弹性力学理论分析了锤击试验机锤击过程冲击特性,利用ANSYS /LS-DYNA软件模拟了不同质量的测试产品在不同齿数锤击状态下所受的冲击过载。通过建立弹丸外弹道自转角速度衰减规律数学模型,用MATLAB编制计算弹丸外弹道转速衰减规律的通用程序,得到了所研究坦克炮旋转弹丸外弹道自转角速度衰减规律。理论分析和4种经验公式得到的数值基本一致,说明结果可信,可用于引信分析和设计。根据Fluent仿真分析结果可知,当弹丸速度大于1.5 Ma时,弹丸速度和攻角越大,极阻尼力矩系数越小,弹丸转速越高,极阻尼力矩系数越大。攻角是导致弹丸极阻尼力矩系数变化的主要原因之一。在分析弹丸外弹道时不能忽略弹带膛线沟槽的影响。根据仿真得出的极阻尼力矩系数计算了外弹道诸元,并与转速衰减规律数学模型、传统模型的计算结果及靶场试验数据进行对比,转速衰减规律数学模型更精确。根据非稳态导热计算方法及热-结构耦合分析方法分析结果可知,火炮发射时,弹底引信表面温度远未达到材料的熔点,并且热扰动在引信体内部的传播很浅,对引信体的强度几乎没有影响,而引信体内部的温度则维持在常温状态。根据理论分析结果及ANSYS/LS-DYNA仿真分析结果可知,对于同一测试产品,锤击试验机工作齿数越大,测试产品所受的冲击加速度越大,冲击脉宽越窄;在相同工作齿数条件下,测试产品及辅助工具总质量越小,击锤击打铁砧时的速度越大,测试产品所受的冲击加速度峰值越大;23齿范围内,测试产品质量不大于421 g时,锤击试验机的最高冲击加速度峰值约为30000g,冲击脉宽约为110μs~150μs。
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