单兵火箭云爆弹弹道环境与引信动态特性研究

摘要

为了给单兵火箭云爆弹引信设计和优化提供参考，对弹丸弹道环境和引信动态特性方面的四项技术进行了理论、仿真和试验研究。
　　为了对火箭弹外弹道特性进行研究，采用1stOpt软件拟合了火箭发动机推力曲线，并通过MATLAB软件解算了含推力曲线函数的火箭弹外弹道微分方程组，分析了不同发动机点火时刻对火箭弹外弹道特性的影响，得到了火箭发动机点火时刻对于延期解除保险机构和弹丸射程的影响。分析结果表明:在延期解除保险机构设计时，需要考虑火箭发动机点火时刻散布问题;在小射角情形下，火箭发动机点火时刻变化对火箭弹的射程影响很大，对距离较远处的垂直位移也有一定影响。因此为保证弹丸的射击精度，需要优选点火具设计方案，严格控制发动机点火时刻散布。
　　为了研究在有惯性加速度的环境下不同因素对无返回力矩钟表机构工作时间的影响，通过理论计算和ADAMS软件仿真的方法得到了不同情况下无返回力矩钟表机构工作时间。结果表明:当扭簧力矩足够大时，惯性加速度对无返回力矩钟表机构工作时间的影响很小;在有惯性加速度的环境下，平衡摆转动惯量和驱动力矩对钟表机构工作时间影响明显，适用于对无返回力矩钟表机构工作时间进行调整;而摩擦系数变化的影响有限，不适合用作无返回力矩钟表机构工作时间的调整。
　　为了研究细长结构的弹性弹体碰靶过载分布特性，利用ANSYS/LS-DYNA软件研究了螺纹简化方法并对引信在弹体上轴向位置不同的弹丸撞击不同靶板的过程进行了仿真，得到了弹丸各部分的前冲过载系数。结果表明:在细长的弹性弹丸撞击靶板的过程中其不同部位的过载大小和响应时间存在明显差异，离弹头越远的部分过载响应时间越晚;受弹性体弹丸及螺纹连接处冲击振动的影响，弹体内部的引信所受过载要明显大于火箭弹弹体各部分的过载;引信强度和爆炸元件安定性设计以及钝感度性能设计，应关注这类冲击振动效应可能带来的不利影响。
　　针对引信细长传爆管结构可生产性差的问题，应用ANSYS/LS-DYNA软件对不同结构和不同长度的传爆管输出特性进行了仿真，得到了不同结构和不同长度传爆管起爆后作用在战斗部炸药柱各点上的压力-时间历程曲线，通过冲击起爆理论判断不同结构和不同长度传爆管的起爆能力。结果表明:输出端面带有聚能凹槽的传爆管相比于传统的平底传爆管，起爆能力较强，所需传爆药量少，轴向尺寸也最短。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 云爆弹及单兵火箭云爆弹简介

1．3 国内外单兵火箭弹引信性能水平和技术现状

1．4 40mm单兵火箭云爆弹引信简介

1．5 国内外单兵火箭弹引信相关技术研究现状

1．5．1 火箭弹外弹道射程散布研究现状

1．5．2 无返回力矩钟表机构仿真研究现状

1．5．3 火箭弹碰靶过载特性研究现状

1．5．4 引信输出传爆结构研究现状

1．6 本文主要研究内容

2 火箭弹外弹道特性研究

2．1 火箭弹外弹道特性

2．2 火箭弹外弹道质心运动微分方程

2．2．1 外弹道主动段质心运动微分方程

2．2．2 外弹道被动段质心运动微分方程

2．3 火箭发动机推力曲线拟合

2．3．1 火箭发动机推力曲线特性

2．3．2 1stOpt软件简介

2．3．3 推力曲线前三阶段拟合

2．3．4 推力曲线第四阶段拟合

2．3．5 结果分析

2．4 火箭弹外弹道质心运动数值仿真

2．4．1 数值模型验证

2．4．2 火箭弹最大射程与最大射程角

2．5 火箭发动机点火时刻对弹道的影响

2．5．1 发动机点火时刻对引信延期解除保险的影响

2．5．2 火箭发动机点火时刻对射程的影响

2．6 本章小结

3 无返回力矩钟表机构工作时间影响因素分析

3．1 无返回力矩钟表机构理论研究

3．2 无返回力矩钟表机构运行时间简化计算

3．2．1 无返回力矩钟表机构简化计算法

3．2．2 有惯性加速度情况下钟表机构作用时间估算

3．2．3 无齿轮啮合段对钟表机构工作时间的影响

3．3 无返回力矩钟表机构运行时间虚拟样机仿真研究

3．3．1 无返回力矩钟表机构模型的建立与导入

3．3．2 仿真步长的设置

3．3．3 无惯性加速度情况下仿真结果及其分析

3．3．4 有惯性加速度情况下仿真结果及其分析

3．4 有惯性加速情况下不同因素对钟表机构工作时间影响的仿真研究

3．4．1 平衡摆转动惯量对钟表机构工作时间的影响

3．4．2 扭簧扭矩对钟表机构工作时间的影响

3．4．3 摩擦系数对钟表机构工作时间的影响

3．5 本章小结

4 弹丸碰靶过载分布特性仿真研究

4．1 螺纹连接与螺纹简化研究

4．1．1 引言

4．1．2 有限元模型的建立及简化

4．1．3 材料参数及仿真参数设置

4．1．4 仿真结果与分析

4．1．5 仿真结果总结

4．2 弹丸不同部位碰靶过载分布特性仿真研究

4．2．2 有限元模型的建立及简化

4．2．3 材料参数及仿真参数设置

4．2．3 仿真结果与分析

4．3 本章小结

5 引信传爆输出结构优化问题仿真研究

5．1 引言

5．2 冲击起爆及爆轰传播

5．3 传爆管结构优化方案分析

5．3．1 不同长度的平底传爆管结构

5．3．2 有聚能凹槽的传爆管结构

5．4 仿真结果及分析

5．5 仿真结果试验验证

5．5．1 钢凹试验简介

5．5．2 试验分组和试验装置

5．5．3 试验结果分析

5．5．4 数值仿真对比

5．6 本章小结

6 结束语

6．1 工作总结

6．2 研究结论

6．3 本文创新点

6．4 需要进一步探讨的问题

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况