兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (7): 2240-2250.doi: 10.12382/bgxb.2023.0162
收稿日期:
2023-03-02
上线日期:
2023-07-18
通讯作者:
LIU Bo, CHENG Xiangli*(), YANG He, ZHAO Hui, WU Xuexing, LIU Tao
Received:
2023-03-02
Online:
2023-07-18
摘要:
为了更准确地分析侵彻多层目标过程中引信的载荷特性,通过空腔膨胀理论和微分面元法分析不同侵彻多层目标工况下的弹-靶作用力特性,结合应力波波动方程分析弹-靶作用力在弹体内的传播特性及弹-引系统频响特性,综合两方面结果揭示侵彻速度与靶间距决定的弹-靶作用力基频、弹-引系统结构决定的频响特性二者之间的关系决定了引信的载荷特性。弹-引系统的有限元仿真及试验测试结果进一步证明,高速侵彻多层目标条件下引信的频响特征不是固定地集中在某一频率,当弹-引系统的某1阶轴向振动固有频率与弹-靶作用力基频的整数倍相近时,引信载荷频响特征将在该阶轴向振动固有频率附近出现明显的集中。侵彻多层目标过程中弹-靶参数对引信载荷特性的影响分析对引信起爆控制算法及防护设计具有重要的指导意义。
中图分类号:
刘波, 程祥利, 杨荷, 赵慧, 吴学星, 刘涛. 基于弹-靶参数匹配的侵彻多层目标引信载荷特性分析[J]. 兵工学报, 2024, 45(7): 2240-2250.
LIU Bo, CHENG Xiangli, YANG He, ZHAO Hui, WU Xuexing, LIU Tao. Analysis of Load Characteristics of Fuze during Penetrating a Multi-layer Target Based on the Matching Relation of Projectile and Target[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(7): 2240-2250.
图3 弹-靶作用力时程曲线与幅频曲线(弹长2.0m、靶间距3m)
Fig.3 Time-history and mplitude frequency response curves of projetile-target force (the length is 2.0m, and the spacing is 3m)
序号 | 弹体长度/ m | 1阶轴向振 动频率/Hz | 2阶轴向振 动频率/Hz | 3阶轴向振 动频率/Hz |
---|---|---|---|---|
1 | 2.0 | 1 297 | 2 594 | 3 892 |
2 | 2.5 | 1 038 | 2 075 | 3 113 |
表1 弹体前3阶固有频率的解析计算结果
Table 1 Calculated results of the first three natural frequencies
序号 | 弹体长度/ m | 1阶轴向振 动频率/Hz | 2阶轴向振 动频率/Hz | 3阶轴向振 动频率/Hz |
---|---|---|---|---|
1 | 2.0 | 1 297 | 2 594 | 3 892 |
2 | 2.5 | 1 038 | 2 075 | 3 113 |
图6 引信位置加速度时程曲线与幅频曲线(弹长2.0m、靶间距2m)
Fig.6 Acceleration time-history and frequency response curves of fuze location (the length is 2.0m, the spacing is 2m)
序号 | 弹体 速度/ (m·s-1) | 靶间 距/m | 弹-靶 作用力 基频/ Hz | 与1阶 频率的 关系 | 与2阶 频率的 关系 | 与3阶 频率的 关系 |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 650 | 3 | 182 | 7.13 | 14.25 | 21.38 |
2 | 800 | 3 | 228 | 5.69 | 11.38 | 17.07 |
3 | 1000 | 3 | 282 | 4.60 | 9.20 | 13.80 |
4 | 650 | 2 | 272 | 4.77 | 9.54 | 14.31 |
5 | 800 | 2 | 333 | 3.89 | 7.79 | 11.69 |
6 | 1000 | 2 | 430 | 3.02 | 6.03 | 9.05 |
表2 弹-靶作用力频率与弹体固有频率间的关系(弹长2.0m)
Table 2 Relationship between the projecile-target force’s fundamental frequency and the projectile body’s natural frequency (the projectile body length is 2.0m)
序号 | 弹体 速度/ (m·s-1) | 靶间 距/m | 弹-靶 作用力 基频/ Hz | 与1阶 频率的 关系 | 与2阶 频率的 关系 | 与3阶 频率的 关系 |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 650 | 3 | 182 | 7.13 | 14.25 | 21.38 |
2 | 800 | 3 | 228 | 5.69 | 11.38 | 17.07 |
3 | 1000 | 3 | 282 | 4.60 | 9.20 | 13.80 |
4 | 650 | 2 | 272 | 4.77 | 9.54 | 14.31 |
5 | 800 | 2 | 333 | 3.89 | 7.79 | 11.69 |
6 | 1000 | 2 | 430 | 3.02 | 6.03 | 9.05 |
序号 | 弹体 速度/ (m·s-1) | 靶间 距/m | 弹-靶 作用力 基频/ Hz | 与1阶 频率的 关系 | 与2阶 频率的 关系 | 与3阶 频率的 关系 |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 650 | 3 | 197 | 5.27 | 10.53 | 15.80 |
2 | 800 | 3 | 234 | 4.44 | 8.87 | 13.30 |
3 | 1 000 | 3 | 285 | 3.64 | 7.28 | 10.92 |
4 | 650 | 2 | 276 | 3.76 | 7.52 | 11.28 |
5 | 800 | 2 | 342 | 3.04 | 6.07 | 9.10 |
6 | 1 000 | 2 | 433 | 2.40 | 4.79 | 7.19 |
表3 弹-靶作用力频率与弹体固有频率间的关系(弹长2.5m)
Table 3 Relationship between the projecile-target force’s fundamental frequency and the projecile body’s natural frequency (the projecile length is 2.5m)
序号 | 弹体 速度/ (m·s-1) | 靶间 距/m | 弹-靶 作用力 基频/ Hz | 与1阶 频率的 关系 | 与2阶 频率的 关系 | 与3阶 频率的 关系 |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 650 | 3 | 197 | 5.27 | 10.53 | 15.80 |
2 | 800 | 3 | 234 | 4.44 | 8.87 | 13.30 |
3 | 1 000 | 3 | 285 | 3.64 | 7.28 | 10.92 |
4 | 650 | 2 | 276 | 3.76 | 7.52 | 11.28 |
5 | 800 | 2 | 342 | 3.04 | 6.07 | 9.10 |
6 | 1 000 | 2 | 433 | 2.40 | 4.79 | 7.19 |
部件 | 密度ρ/(kg·m-3) | 弹性模量E/GPa | 泊松比ν |
---|---|---|---|
弹壳 | 7 850 | 210 | 0.28 |
装药 | 1 680 | 26.2 | 0.41 |
压紧环 | 4 500 | 110 | 0.31 |
表4 仿真模型材料参数
Table 4 Material parameters of simulation model
部件 | 密度ρ/(kg·m-3) | 弹性模量E/GPa | 泊松比ν |
---|---|---|---|
弹壳 | 7 850 | 210 | 0.28 |
装药 | 1 680 | 26.2 | 0.41 |
压紧环 | 4 500 | 110 | 0.31 |
材料 | 密度/ (g·cm-3) | 强度/ MPa | 泊松 比 | 弹性模量/ GPa | 剪切模量/ GPa |
---|---|---|---|---|---|
弹壳体 | 7.85 | 1 500 | 0.28 | 210 | 77.5 |
炸药 | 1.68 | 20.0 | 0.40 | 7.7 | 2.7 |
转接盘 | 4.50 | 1 100 | 0.34 | 110 | 41.0 |
引信 | 4.50 | 1 100 | 0.34 | 110 | 41.0 |
混凝土靶 | 2.44 | 48.0(抗压) 4.8(抗拉) | 14.6 |
表5 各材料模型的主要参数
Table 5 Main parameters of material models
材料 | 密度/ (g·cm-3) | 强度/ MPa | 泊松 比 | 弹性模量/ GPa | 剪切模量/ GPa |
---|---|---|---|---|---|
弹壳体 | 7.85 | 1 500 | 0.28 | 210 | 77.5 |
炸药 | 1.68 | 20.0 | 0.40 | 7.7 | 2.7 |
转接盘 | 4.50 | 1 100 | 0.34 | 110 | 41.0 |
引信 | 4.50 | 1 100 | 0.34 | 110 | 41.0 |
混凝土靶 | 2.44 | 48.0(抗压) 4.8(抗拉) | 14.6 |
侵彻 速度/ (m·s-1) | 弹-靶作 用力基 频/Hz | 1阶固有频率 884.54/Hz | 2阶固有频率 1790.6/Hz | 3阶固有频率 2672.3/Hz |
---|---|---|---|---|
650 | 192.8 | 4.59 | 9.29 | 13.86 |
800 | 226.5 | 3.90 | 7.91 | 11.80 |
表6 弹-靶作用力基频与各阶固有频率的关系
Table 6 Relationship between the projectile-targetforce’s fundamental frequency and the projectile body’s natural frequency
侵彻 速度/ (m·s-1) | 弹-靶作 用力基 频/Hz | 1阶固有频率 884.54/Hz | 2阶固有频率 1790.6/Hz | 3阶固有频率 2672.3/Hz |
---|---|---|---|---|
650 | 192.8 | 4.59 | 9.29 | 13.86 |
800 | 226.5 | 3.90 | 7.91 | 11.80 |
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