兵器科学与技术

2016-02-14王诗平郭君张忠宇

中国学术期刊文摘 2016年3期

关键词：隔离度水听器兵工

王诗平，郭君，张忠宇，等

何翔，徐翔云，孙桂娟，等

潘清，王琼林，王明，等

刘波，王琼林，刘少武，等

王晓峰

张立川，刘明雍，徐德民，等

阮旻智，李庆民，刘天华

徐鹏，祖静，范锦彪

梁国龙，张锴，付进，等

杜运理，夏群利，祁载康

查峰，许江宁，覃方君，等

倪晋平，卢红伟，田会

齐晓飞，张晓宏，李吉祯，等

兵器科学与技术

气泡射流载荷作用下圆柱壳动态响应

王诗平，郭君，张忠宇，等

摘要：为了解药包在距离结构较近时水下爆炸气泡对水中结构冲击的影响，假设圆柱壳结构附近气泡的位移为自由场中气泡由于浮力产生位移和圆柱壳对气泡吸引产生位移的和，并建立了简化射流模型，对射流冲击下圆柱壳板架所产生的毁伤效应进行研究，分析了破坏形式，拟为水下爆炸气泡射流对船体的毁伤提供参考。利用高速侵彻设备进行了不同条件下弹体高速侵彻混凝土系列实验，探讨了高速撞击条件下弹体侵彻能力、弹体侵彻稳定性、弹体变形和破坏等问题，揭示了混凝土中半流体侵彻阶段的典型特征：刚体侵彻深度上限和对应的刚体侵彻初速上限、弹道弯曲、弹体严重侵蚀且伴随弯曲/断裂等。采用红外光谱显微技术考察了11/7改性单基发射药中功能组分NA钝感剂和硝化甘油的浓度分布状态。结果表明，在发射药的近表面，NA聚酯浓度由表及里呈指数规律下降，ICK第二定律的扩散模型，扩散深度约220 μm；硝化甘油浓度沿药粒径向呈抛物线状分布，深度约320 μm。为了改善改性单基药的燃烧渐增性、提高初速，通过加入添加剂对改性单基发射药的制备工艺进行了改进。用显微红外光谱测定了发射药中功能组分的含量分布，用密闭爆发器和内弹道试验研究了发射药的燃烧性能。结果表明，加入添加剂后，发射药中硝化甘油NG的渗透深度由270 μm增加到360 μm，浓度最大值对应的深度由110 μm增加到180 μm；钝感剂NA聚酯的渗透深度由270 μm增加到360 μm。燃烧渐增性明显增强，燃烧渐增因子Pr由0.3630提高到0.4450。其装药的内弹道性能得到显著改善，初速提高3.1％，动能提高6.3％，装填密度从0.921 g/cm3提高到0.949 g/cm3，具有高装填密度、高燃烧渐增性、高初速的优点。叙述了军用混合炸药当前的发展趋势以及高能量密度化合物、纳米含能材料等新材料在混合炸药中的应用情况，提出金属化炸药中的金属燃料与环境中的氧反应是提高能量的重要途径，尤其强调了炸药在战斗部和弹药中的应用技术对于提高毁伤威力的重要意义。多水下无人航行器（UUV）协同导航定位技术是解决海洋中间层水下导航问题的重要途径，研究了主从式多UUV基于水声传播延迟的协同导航定位问题。主从式导航结构中，主UUV内部装备高精度导航设备，从UUV内部装备低精度导航设备，外部均装备水声装置测量相对位置关系，利用扩展卡尔曼滤波算法融合内部和外部传感器信息，对从UUV进行实时定位。研究结果表明，利用UUV的相对位置观测，可以显著提高导航定位精度。为提高编队防空武器的整体作战效能，在面临多批空中威胁目标时最大限度地发挥编队内防空武器资源，建立了编队防空武器火力分配（WTA）模型，将人工免疫算法应用到模型的求解与仿真中。针对模型求解的特殊要求，构造了有效表达编队防空WTA作战效能的特种抗体数据结构染色体编码方案和亲和度算法，给出用于产生高效防空WTA结果的克隆免疫算子。通过实例分析，验证了该算法的正确性和有效性，并与其它进化式算法进行了比较，在大多数情况下，免疫算法能够获得更优的结果。结合作者及其合作者最近几年在侵彻加速度测试领域的若干研究工作，总结评价了近十几年国内外弹体高速侵彻硬目标高g值加速度现场测试研究成果，特别是存储测试技术在这方面的应用。同时总结了侵彻加速度测试相关技术的发展，包括高g值加速度计的抗高冲击性能和校准、电池抗高冲击性能的研究等。最后结合现有研究基础和潜在的国防需求，论述了这一研究领域的发展趋势以及值得注意的问题。为了提高单矢量水听器的目标分辨能力，将MUSIC算法用于单矢量水听器方位估计。根据单矢量水听器的阵列流型特点，将子空间分解理论应用到单矢量水听器方位估计上，实现了单个矢量水听器的高分辨方位估计。根据应用中出现的问题，对算法进行改进。计算机仿真结果表明，在无需知道信号先验信息条件下，该算法依靠单个矢量水听器便可实现窄带信号和宽带信号的高分辨方位估计，而且在足够高的信噪比条件下，能够达到渐进无偏估计。湖试数据的处理结果验证了改进算法的有效性。为了分析隔离度对制导控制系统稳定性的影响，提出了隔离度寄生回路的概念，在考虑隔离度相位滞后的基础上，建立了导引头隔离度寄生回路模型，通过对寄生回路无量纲化并采用劳斯稳定判据计算得到了寄生回路负反馈和正反馈时的稳定域，在复频域分析了不同隔离度滞后角对寄生回路稳定域的影响。仿真证明相位滞后角的增大会降低系统的稳定域，但稳定域最小点不是出现在-180°相位滞后，而是出现在大约-140°时。所得结论对导弹制导控制系统初步方案确定具有指导作用。针对捷联惯导系统水平回路的控制系统模型和误差特性，研究系统内水平阻尼网络的设计方法。通过建立单通道水平回路的控制系统模型，分析了系统的稳定性和频率特性。针对幅频特性曲线不同频段表征系统的不同性能，研究了一种基于对数幅频特性曲线的阻尼网络设计方法。通过将系统期望的调节时间、超调量等时域指标转化为频域参数，设计系统期望的开环幅频特性，从而确定捷联惯导系统水平阻尼网络参数。利用本文阻尼网络进行了捷联惯导系统数字仿真和海上试验。仿真条件下系统姿态误差的舒拉周期振荡成分经1～2个舒拉周期后衰减至零，系统位置误差由4 nmile/24 h提高至1.5 nmile/24 h。系统海上阻尼试验结果表明系统姿态精度提高1个数量级，位置精度提高1倍。与试探法设计的网络相比，本文网络具有一致的稳态性和更小的超调量和调节时间。为了满足某双管武器立靶密集度自动测试需求，提出了七光幕阵列测试原理，在双V形六光幕阵列中增加一个光幕组成七光幕阵列。研究了采用发射点在弹道线上的原理，构建了识别同一发弹丸穿过七个光幕的时间序列的算法，在MATLAB平台上进行了仿真验证，结果表明所提测试方法有效可行，能够实现双管武器立靶密集度参数的测量。为研究复合改性双基推进剂（CMDB）基体硝化纤维素（NC）与硝化甘油（NG）之间相互作用的实质，通过构建NC纯物质以及不同质量比的NC/NG共混体系模型，并采用分子动力学模拟的方法，对NC分子链的回转半径及模型中不同原子间的径向分布函数进行了分析。结果发现：NC分子链的回转半径随温度升高而增大的趋势并不明显；而随NG分子数量增多而增大的趋势非常显著。径向分布函数分析表明，NG分子可与NC分子形成氢键而替代NC分子内的氢键，使NC分子内的相互作用力减弱，从而导致NC分子链回转半径增大。

关键词：爆炸力学；动态响应；简化射流模型；圆柱壳；爆炸气泡；射流冲击爆炸力学；侵彻；高速侵彻；混凝土；次口径弹分析化学；改性单基发射药；钝感剂；硝化甘油；布；显微红外光谱法物理化学；改性单基发射药；装填密度；燃烧性能；内弹道性能混合炸药；高能量密度化合物；纳米含能材料；金属化炸药声学；水声传播延迟；多UUV；协同导航定位；扩展卡尔曼滤波控制理论；编队防空；火力分配；免疫算法；优化；作战效能爆炸力学；高g值加速度；存储测试；侵彻；加速度计信息处理技术；高分辨方位估计；单矢量水听器；子空间分解航天器结构与设计；导引头隔离度；隔离度寄生回路；稳定性；隔离度相位滞后船舶、舰船工程；捷联惯导；阻尼网络；频率特性兵器科学与技术；光幕阵列；立靶密集度；双管武器；外弹道测试兵器科学与技术；分子动力学模拟；硝化纤维素；硝化甘油；回转半径；径向分布函数

来源出版物：爆炸与冲击, 2013, 33(4): 337-343 入选年份：2013