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2012年 第33卷 第5期    刊出日期：2012-05-01

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论文

串联多药室火炮内弹道两相流数值模拟

李海庆， 张小兵， 王艳

2012, 33(5):  513-518.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.001

摘要 ( )   PDF (977KB) ( )  

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为了利用串联多药室技术对现有火炮系统进行改造达到提高弹丸动能的目的，建立了某口径串联多药室火炮发射系统的物理模型及一维两相流数学模型，运用MacCormack差分格式对其进行数值模拟。利用编制的串联多药室内弹道仿真软件，研究分析了主副药室装药量比、副药室点火延迟及活塞质量对串联多药室火炮内弹道性能的影响。计算结果表明，串联多药室火炮可以在不增加膛压的情况下达到提高弹丸初速的目的为了利用串联多药室技术对现有火炮系统进行改造达到提高弹丸动能的目的，建立了某口径串联多药室火炮发射系统的物理模型及一维两相流数学模型，运用MacCormack差分格式对其进行数值模拟。利用编制的串联多药室内弹道仿真软件，研究分析了主副药室装药量比、副药室点火延迟及活塞质量对串联多药室火炮内弹道性能的影响。计算结果表明，串联多药室火炮可以在不增加膛压的情况下达到提高弹丸初速的目的对于改进和提高武器性能具有重要意义。

脉冲等离子射流与液体工质相互作用特性实验研究及数值模拟

张琦， 余永刚， 刘东尧， 陆欣

2012, 33(5):  518-524.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.002

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为了解等离子射流与液体介质间的相互作用特性，采用高速录像系统记录了等离子射流在圆柱充液观察室中的扩展过程，获得了等离子射流在液体介质中轴向、径向扩展位移及扩展速度随时间的变化特性。在实验基础上，建立了等离子射流在液体介质中扩展时的二维轴对称非稳态数学模型，并进行了数值模拟，获得了等离子体和液体两相体积分数时空分布特性，由两相体积分数时空分布图计算得到的Taylor空腔轴向扩展位移与实测值吻合较好。同时获得了射流场中的压力、速度和温度分布，并分析了Taylor空腔的间断机理。

三维运动声阵列对双点声源角跟踪指向性能研究

刘亚雷， 顾晓辉

2012, 33(5):  526-533.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.003

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为了研究三维运动声阵列对真实目标在双点声源干扰下的二维角跟踪指向问题，分析了多点声源干扰的基本原理，建立了运动声阵列在双点声源下的角度跟踪指向性能数学模型；根据干扰目标与跟踪目标的声信号特性差异，分析了运动声阵列抗点声源干扰时的角度跟踪性能，得到了运动声阵列角度跟踪指向与干扰因素之间的关系；基于等功率双点声源辐射的假设下，建立了运动声阵列抗点声源干扰的角度跟踪指向评价指标，为进一步研究运动声阵列对多源声目标跟踪理论奠定了基础。

超临界CO₂制备微孔球扁药的研究

陈西如, 应三九, 肖正刚

2012, 33(5):  534-539.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.004

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为改善球扁药的燃烧性能，根据燃面渐增原理，设计出了一种具有微孔结构的球扁药，并采用超临界流体技术升温发泡工艺制备出该结构的球扁药，分析了发泡过程中的泡孔的成核和长大机理；研究了CO₂含量和粒子对泡孔形貌的影响。扫描电镜(SEM）结果显示，微孔球扁药内部泡孔是独立的闭孔泡，粒子可以改变泡孔的形貌，随着CO₂在球扁药中含量的降低，平均泡孔直径变小。密闭爆发器试验表明，该微孔发射药具有良好的燃烧渐增性能。因此，利用超临界流体技术可以制备出不同泡孔形貌和燃烧性能的微孔球扁药。

旋转弹头水平入水空泡及弹道的实验研究

顾建农， 张志宏 ， 王冲 ， 范武杰

2012, 33(5):  540-544.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.005

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利用数字式高速录像机实验研究了头部为半球形的弹头与手枪普通制式弹头在两个水深、6种速度下水平入水时的空泡及弹道特征。实验结果表明，弹头形状对弹头空泡与入水弹道的稳定性有着重要影响。半球形弹头表现出较好的弹道稳定性，而普通制式弹头的弹道不稳定，呈现出特有的藕节形空泡。在一定的速度范围内，弹头入水的速度衰减规律具有一定的相似性，表现出极强的速度衰减特性。建立了弹头水中速度衰减规律的数学预报模型，并与实验结果进行了比较，理论与实验结果符合得较好。

基于涡轮发电机输出频率的迫弹外弹道辨识方法研究

高敏₁, 敬亚兴₁, 刘秋生₂, 吕静₂

2012, 33(5):  545-551.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.006

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将涡轮发电机作为速度传感器用于弹道辨识，旨在提供一种新的、工程上易行的弹道辨识方法。通过分析涡轮发电机输出频率特性和弹速变化规律，针对涡轮发电机全弹道不停转和停转两种情况，提出基于涡轮发电机输出频率的弹道辨识总体方案，阐述了弹道辨识的实现过程，并通过实例仿真，重点探讨了弹道辨识所需基础函数的确立过程。仿真研究结果表明，弹道辨识计算量小、误差可控，加之涡轮发电机在引信型号上已有成熟应用，基于涡轮发电机输出频率的弹道辨识方法可行。

含铝炸药作功能力和JWL状态方程尺寸效应研究

计冬奎， 高修柱， 肖川， 武勇忠， 杨凯

2012, 33(5):  552-555.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.007

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为了研究含铝炸药作功能力和Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程尺寸效应，进行了含铝炸药25 mm和50 mm两种药柱尺寸的圆筒试验。先采用解析求解，然后进行二维数值模拟修正，得到了含铝炸药药柱两种尺寸的JWL状态方程参数。结果表明：大尺寸的含铝炸药药柱作功能力比小尺寸强；大尺寸的含铝炸药药柱状态方程参数相比小尺寸同种炸药，A稍增大，B增大较多，C基本不变，R₁稍小，R₂增大较多，ω稍小。

中心药抛撒金属颗粒群的初速计算与实验研究

陈亚红， 白春华， 刘意， 李建平， 王仲琦

2012, 33(5):  556-559.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.008

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中心药驱动下金属颗粒群的运动的形成机理与破片运动的形成机理不同，颗粒群初速不能直接应用计算破片初速的Gurney公式得到。中心药柱爆炸抛撒颗粒群的实验表明，颗粒的平均初速低于应用Gurney模型计算的结果。颗粒平均初速不仅与颗粒/炸药质量比有关，还与侧向损失、颗粒尺寸、颗粒材料的真实密度及颗粒间的孔隙率有关。在考虑以上4种因素的基础上对Gurney公式进行了改进，计算得到的颗粒初速与实验结果比较一致。改进后的Gurney公式可较好地用于中心药柱爆炸抛撒颗粒的平均初速计算。

二硝基甲烷含能离子盐的合成与性能及其热动力学分析

曹丹， 宋靳红， 黄海丰， 梁丽轩， 章军， 周智明

2012, 33(5):  560-565.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.009

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为寻找能量高、性能优良的含能离子盐，以3为寻找能量高、性能优良的含能离子盐，以345-三氨基-124-三唑、盐酸脒基脲为原料，合成并表征了345-三氨基-124-三唑及N-脒基脲的二硝基甲烷盐。结合实测密度和采用Gaussian 03计算得到的两种新离子盐的生成焓并得到了它们的爆轰性能数据，爆速分别为8 933 m/s、8 035 m/s ，爆压分别是36.6 GPa、28.4 GPa，结果表明这2种盐的爆炸性能与RDX相当。采用TG-DTG及DSC研究了2种盐的热行为和热分解反应动力学，计算了相关的热力学参数，活化熵 (ΔS^≠)、活化焓(ΔH^≠)和活化自由能(ΔG^≠)分别为3.60 J/(mol·K)、125.54 kJ/mol、123.96 kJ/mol.

爆炸近区流场的数值模拟方法研究

徐春光， 白晓征， 刘瑜， 刘君

2012, 33(5):  566-573.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.010

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提出了一种用于模拟爆炸近区炸药、爆轰产物、空气等相互作用流场的数值方法。在欧拉型方法中引入了一种炸药、爆轰产物、空气3种组分的混合模型，该模型中炸药及爆轰产物采用Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程，空气采用理想气体状态方程，在固相与气相间满足等压假设和体积可加性，气相组分间满足等温假设和分压定理。该模型无需迭代求解，计算效率较高。化学反应率采用“点火—生长”模型，采用AUSM₊-up格式计算通量。计算了空气中球形TNT装药的爆炸问题，可以清晰地看到爆轰波在流体界面上发生的透射、反射等一系列复杂作用过程。计算得到的超压峰值在直至距药球表面5 cm的位置都与实验结果符合良好，冲击波到达时间、超压比冲量等与现有实验结果也符合较好，验证了本方法的有效性和准确度。

带壳装药热爆炸冲击波超压测量及分析

王长利, 周刚, 蔡宗义, 唐玉志, 赵生伟, 李迅, 林英睿, 初哲

2012, 33(5):  574-578.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.011

摘要 ( )   PDF (1474KB) ( )  

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冲击波压力是评估炸药爆炸效应的重要参数，冲击波压力的特征与装药形式和起爆方式密切相关。介绍了带壳装药热爆炸模式下的装药周围空气中的冲击波超压的测量方法和测量结果，并结合爆室结构，对结果进行了深入分析。带壳装药爆炸时，由于电动效应及爆炸产物和壳体之间的摩擦，会产生电磁辐射，且电磁辐射信号持续时间和复杂程度与裸露炸药爆炸时有明显的区别。

基于电容性膜板加载的新型雷达宽带隔离设计

黄敬健， 杨勇， 谭渊， 袁乃昌

2012, 33(5):  579-582.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.012

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针对一般的连续波雷达收发天线隔离问题，提出了一种基于多路径结构对消的新型方法来提高隔离度。通过分析加载容性膜板的波纹波导中相位偏移，将波纹结构加载应用于连续波雷达收发天线之间，使得多路径到达接收天线的电磁波在特定频带内对消形成零点。CST建模仿真和实验结果证明：加载合适的膜板，可以使得收发天线在400 MHz的带宽能达到-80 dB以下的隔离度；并且该方法结构简单，成本低，具有很大的应用价值。

直升机静电场研究

郝晓辉， 虞健飞， 崔占忠

2012, 33(5):  583-587.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.013

摘要 ( )   PDF (1733KB) ( )  

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直升机旋翼的旋转特性使其电场分布及变化规律与固定翼飞行器有明显区别。运用电磁场分析软件分析了旋翼的电荷分布特性，研究表明，由于尖端分布效应，直升机旋翼的电荷分布主要集中在旋翼顶端，旋翼中部的电荷分布较均匀。根据数值仿真结果，运用点电荷系建立了直升机运动时的荷电分布模型，该模型仿真结果表明，直升机的电场分布及变化规律明显地受到旋翼旋转及直升机自身运动的影响，电场信号中含有旋翼旋转及直升机运动的相关信息。内外场实验的结果与模型仿真结果基本相符，证明直升机旋翼荷电模型建立方法是可行的，可利用该模型对直升机静电探测和目标识别进行研究。

伺服机构综合负载模拟试验系统

延皓， 李长春， 陈策

2012, 33(5):  588-593.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.014

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针对大型运载火箭伺服机构所受实际负载情况，提出了一种综合负载模拟系统，能够模拟惯性、弹性、摩擦和常值负载。其中惯性负载、弹性负载以及伺服机构的柔性安装基础采用机械结构模拟，摩擦负载和常值负载采用液压系统来实现。分别对伺服机构、液压加载系统以及柔性结构进行建模，并以此为基础构造了系统的综合数学模型。仿真表明，该系统能够复现伺服机构实际工况下的负载特性，加载多余力也能得到很好的抑制。建立了负载模拟试验系统，实现了对各种负载及谐振特性的模拟，为伺服机构的地面测试和深入研究提供必要的实验基础。

连续旋转爆轰三维流场的数值模拟

潘振华， 范宝春， 张旭东， 归明月

2012, 33(5):  594-599.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.015

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基于带化学反应的三维Euler方程，采用氢气-空气的9组分19步基元反应简化模型，对圆环形燃烧室内的旋转爆轰进行了数值模拟。数值计算采用二阶精度波传播算法和二阶Runge-Kutta时间分步算法。通过数值计算得出爆轰波传播扫描照片，与相关文献中通过高速扫描照相机得到的扫描照片相比符合的很好，并详细描述了连续旋转爆轰波的三维流场及传播特性。数值结果表明，爆轰波能够以旋转方式沿预混气层稳定传播。在侧向稀疏波和前一次爆轰产物的共同影响下，二次爆轰波形成爆轰亏损。

相空间中非完整非保守力学系统的一个动力学逆问题

张毅

2012, 33(5):  600-604.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.016

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研究了相空间中非完整非保守系统的动力学逆问题。分别建立了相空间中完整非保守系统和非完整非保守系统的运动微分方程，将系统的一个已知积分对时间求导数，引入Еругин函数，得到一个一阶常微分方程，分别考虑非保守力仅依赖于广义坐标和仅依赖于广义动量两种情况，由这个一阶常微分方程并利用系统的运动微分方程得到了确定非保守力的代数方程组，系统的非保守力可通过解此代数方程组来确定。文中举例说明了结果的应用。

基于垂直矢量阵的相干信号方位估计算法

卞红雨， 王珺琳

2012, 33(5):  605-610.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.017

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为了实现相干信号源的空间方位估计，将计算到达角瞬态成像（CAATI）算法引入矢量线阵，提出了基于垂直矢量阵的CAATI算法。该方法不仅具有CAATI算法所需快拍数少、运算量小、精确度高的特点，并且兼具矢量传感器可以同步、共点测量声场中的声压和振速信息的性能，因而利用一维线阵即可实现目标的空间方位估计，实时性好，且有效降低了实际应用中的硬件要求。仿真分析了点源与非点源目标的方位估计性能，结果表明提出的方法切实可行。

近场水下爆炸作用下箱形梁整体损伤特性研究

李海涛， 张永坤， 张振海

2012, 33(5):  611-616.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.018

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当水下近距爆炸载荷对舰船产生耦合激励作用时，舰船的总体损伤特点是一个值得深入研究的问题。以水面箱形梁模型为研究对象，建立了梁模型在水下近距爆炸载荷作用下动态响应的有限元仿真方法，最后利用数值仿真和具体试验相结合的方法，对自由梁在水下特定爆炸工况下的整体损伤特性进行了研究。结果发现：数值计算结果和试验结果具有较好的一致性；在爆炸气泡脉动频率与梁模型一阶湿频率相近的条件下，随着爆径比的增大，梁的整体响应状态由整体中垂塑性弯曲转变为鞭状运动。

抛光垫提高化学机械抛光接触压强分布均匀性研究

吕玉山， 张辽远， 王军， 王武刚

2012, 33(5):  617-622.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.019

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为了改善单晶硅片化学机械抛光(CMP)接触压强分布的均匀性和实现高平坦化抛光，基于弹性力学的“Winkler地基”理论提出了一个新的CMP接触模型。依据此模型，从葵花籽粒分布的结构特征出发对抛光垫进行了分割，计算分析了分割参数对接触压强分布的影响规律，并实验验证了分割参数对硅片抛光平面度轮廓的影响规律。研究结果表明： 当分割参数为顺时针0.008～0.009 mm， 逆时针为0.005～0.006 mm时，抛光接触压强分布较为均匀，并使得被抛光晶片的平面度得到改善。

研究简报

高速弹丸穿越不同制退器时的膛口流场波系结构研究

张焕好， 陈志华， 姜孝海， 韩珺礼

2012, 33(5):  623-629.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.020

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基于二维非定常Euler方程，结合高精度Roe格式及结构化动网格技术，对弹丸从膛底飞离不同膛口装置过程中膛口流场的发展过程进行了数值模拟。数值计算结果清晰地揭示了光膛口以及分别加装开腔式和多孔制退器后膛口流场的不同波系结构，同时计算纹影图清楚地显示了其与弹丸相互作用及演变过程。计算结果与本课题组先前相关试验阴影照片相符。另外，根据数值流场结果，详细探讨了制退器降低后坐冲量的机理与膛口周围超压区域的分布，为制退器改进设计提供重要参考。

波浪对导弹垂直发射水弹道影响研究

王亚东， 袁绪龙， 张宇文， 刘维

2012, 33(5):  630-635.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.021

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潜射导弹出水过程中受到海浪作用的扰动，对导弹水弹道参数产生一定影响。采用Pierson-Moscowitz频谱和SWOP方向分布函数构建了随机海浪模型，并根据切片理论给出了波浪力计算公式。根据波浪随机性的特点，借鉴蒙特卡洛法思想，利用建立的数学模型进行了统计法仿真，得出了波浪对导弹无控弹道参数最大偏差影响随深度变化的规律，且给出了不同海况和主浪向参数波浪影响下弹道参数最大偏差数值，阐述了其变化规律。仿真方法和结果对工程研究有一定参考价值。

潜艇平行航向齐射两枚鱼雷时相对目标方位开角研究

夏志军, 章新华, 许林周

2012, 33(5):  636-640.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.05.022

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舰艇对潜艇平行航向齐射两枚鱼雷的方位分辨能力对水声对抗指挥决策具有重要影响。在研究潜射自导鱼雷平行航向齐射组织方法的基础上，建立了潜艇齐射两枚鱼雷相对舰艇目标方位开角的数学模型，对不同对抗态势和战术条件下齐射两枚鱼雷相对舰艇开角大小及其影响因素进行了计算分析。结果表明：齐射两枚鱼雷相对目标方位开角与来袭鱼雷报警距离、鱼雷的齐射时间间隔、优化系数、鱼雷的自导性能等因素有关，在通常的战术条件下齐射两枚鱼雷相对目标的方位开角在3°~7°之间，现有舰艇声纳难以准确分辨出齐射的两枚鱼雷，通常只能按一批鱼雷目标进行报警和对抗。