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2018年 第39卷 第1期    刊出日期：2018-01-31

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论文

手枪弹对带软防护的明胶靶标侵彻机理与实验研究

刘坤， 吴志林， 宁建国， 任会兰， 李忠新

2018, 39(1):  1-17.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.001

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为揭示杀伤元与有防护目标的相互作用机理，基于弹头侵彻防护特点，分析手枪弹侵彻时软防护破坏形式。结合高应变率下超高分子量聚乙烯纤维本构模型，并引入明胶弹性模型，建立手枪弹侵彻带软防护的明胶靶标运动模型。选取9 mm全铜弹（均一硬质结构）和92式5.8 mm手枪弹（钢芯铅柱被甲结构）为杀伤元，对运动模型进行数值计算和实验验证。结果表明，该运动模型能够准确描述手枪弹侵彻带防护的明胶靶标运动过程，可为有防护目标杀伤机理和防护性能研究提供理论参考。

装药参数对水下机枪密封式膛口流场影响的数值分析

张欣尉, 余永刚, 莽珊珊

2018, 39(1):  18-27.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.002

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为了研究装药参数变化对水下机枪密封式发射膛口流场特性的影响，建立了水下机枪密封式发射的数学物理模型。运用流体力学计算软件Fluent，结合用户自定义函数和动网格技术，针对12.7 mm滑膛式机枪，分别采用15.5 g、13.0 g和11.0 g装药量对其水下密封式发射膛口流场进行了数值模拟。计算结果表明：不同装药量条件下，水下机枪密封式发射时，在弹头飞离膛口截面的过程中，水对弹前初始空气和弹头轴向运动的阻碍较大，导致弹头减速、火药燃气在弹后空间聚集、膛口燃气压力升高，而火药燃气形成射流后的喷射压力衰减遵循指数衰减规律；膛口射流形态受弹头速度和燃气喷射压力的耦合影响，均逐渐由梯形空腔转变为葫芦状空腔，且射流的轴向最大位移遵循指数衰减规律，马赫盘的初步形成时间也基本一致；随着弹头初速和燃气初始喷射压力的降低，火药燃气在射流头部聚集且径向扩展明显，并伴随形成二次射流，而弹底对马赫盘形状的影响时间缩短，激波核心区结构也更快地接近于正激波。因此可见，装药量对膛口流场分布的影响具有一定的规律性。

基于自适应无迹卡尔曼滤波算法的多股螺旋弹簧动态响应模型参数辨识和分析

丁传俊， 张相炎， 刘宁

2018, 39(1):  28-37.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.003

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针对传统方法在辨识多股螺旋弹簧（以下简称多股簧）非线性响应模型参数时效率较低、精度较差的问题，提出带噪声统计估计器的自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)算法。该算法通过对多股簧试验数据中的量测(过程)噪声进行递推和估计，能够确保非线性模型参数辨识的收敛性；结合多股簧动态试验对该算法进行检验。研究结果表明：即使在量测噪声级别较高的情况下，AUKF算法也可以准确地求出多股簧的动力学模型参数；在预测多股簧动态响应过程中，若预测振幅和参数辨识所用振幅相差太大则会导致较大的预测误差；当加载速度变化时，多股簧动力学模型中的迟滞部分参数基本不变，但0阶非线性刚度系数和非线性放大因子变化较大。

水中聚能战斗部毁伤双层圆柱壳的数值模拟与试验研究

李兵， 刘念念， 陈高杰， 张阿漫

2018, 39(1):  38-45.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.004

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为研究聚能战斗部的水下作用特性，基于光滑粒子流体动力学-有限元方法耦合算法，模拟了聚能战斗部对双层圆柱壳结构的毁伤过程。分析金属射流的形成和射流速度衰减规律，研究高速金属射流、强冲击波与气泡载荷联合作用下对双层圆柱壳结构的毁伤模式和毁伤特性，并进行了海上模型试验验证。数值模拟与试验结果吻合良好。研究表明：水中聚能战斗部对双层圆柱壳结构的破坏载荷主要有金属射流、冲击波载荷及气泡载荷3种，金属射流穿透力强，造成结构的局部小尺寸破口；冲击波载荷及气泡载荷作用面积大，引起结构的大面积破口及塑性凹陷。

异呋咱类熔铸炸药载体分子设计与性能研究

杜黎小松， 刘玉存， 程桂敏， 荆苏明， 罗进， 王萌霞

2018, 39(1):  46-56.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.005

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以新型熔铸炸药载体为研究目标，以异呋咱为基本结构单元，设计了7种异呋咱含能化合物，运用密度泛函理论，在多个基组水平上分别研究了异呋咱含能衍生物的几何结构、密度、生成焓、爆轰参数、键离解能、静电势和撞击感度。基于基团贡献理论，预测了设计化合物的熔点。结果表明：所设计的7种化合物密度分布在1.807～1.939 g/cm³，爆速分布范围为8.4～9.7 km/s，熔点范围为61～118 ℃，撞击感度分布范围为13～54 cm；除硝酸酯基衍生物外，其余化合物的最弱键离解能范围为240～250 kJ/mol. 根据理论计算结果，筛选出两种潜在的高能量异呋咱熔铸炸药载体：2,2'-二 硝基偶氮双异呋咱和3,5-二硝基呋咱基氧化异呋咱，其熔点分别为80 ℃和118 ℃，特性落高分别为20 cm和23 cm，能量水平均接近3，4-二硝基呋咱基氧化呋咱。

六硝基六氮杂异戊兹烷自催化分解特性与热安全性研究

王凯， 肖松， 申孝立， 郭天吉， 涂建， 刘大斌

2018, 39(1):  57-62.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.006

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六硝基六氮杂异戊兹烷（CL-20）是一种十分重要的新型单质炸药，其热分解安全性一直备受关注。利用动态差示扫描量热（DSC）仪进行实验，初步研究了CL-20的热行为；利用中断回归法、瑞士方法研究了CL-20的自催化反应特性，并用等温DSC实验进行了验证；基于CL-20的动态DSC曲线数据，采用Friedman法求得其活化能E_α与ln\[Af(α)\]值随转化率α的变化曲线，并结合热平衡方程计算了其绝热诱导期TMR_ad. 结果表明：CL-20的起始分解温度为233.5~255.7 ℃，其分解反应为自催化反应，热履历显著降低了其起始分解温度和峰温；在反应的不同阶段，CL-20具有不同的活化能，其绝热诱导期8 h和24 h对应的温度T_D8和T_D24分别为162.3 ℃和152.8 ℃.

浇注高聚物粘结炸药的粘结剂体系设计及其应用研究

欧亚鹏， 闫石， 焦清介， 郭学永， 孙亚伦

2018, 39(1):  63-70.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.007

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为提高端羟基聚丁二烯(HTPB)基浇注高聚物粘结炸药(PBX)的固相含量、力学性能，并降低渗油性，采用己二酸二辛酯和壬酸异癸酯为原料，根据溶度参数近似原理设计了一种复合 增塑剂AI.基于HTPB/AI粘结剂体系制备出固相含量达到90%的浇注PBX，研究了PBX的机械感度、热分解、固相含量等与粘结剂体系的关系。结果表明：复合增塑剂AI降低了HTPB胶片的模量，从而降低了PBX的机械感度；AI降低了浇注PBX药浆黏度，提高了固相含量，从而提升了能量水平；对原材料进行高温真空旋蒸处理，降低了原材料中水分等杂质的含量，从而降低了PBX的渗油性，提高了复合增塑剂的安定性及其与PBX配方中其他组分的相容性。

含碳颗粒的凝胶推进剂雾化特性实验研究

石超， 强洪夫， 刘虎

2018, 39(1):  71-82.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.008

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固体含能颗粒对提高凝胶推进剂的能量特性具有重要作用，是凝胶推进剂的重要组成部分。雾化问题是凝胶推进技术的关键问题之一，为了研究添加固体含能颗粒对凝胶推进剂雾化的影响，选择碳颗粒作为固体添加剂，开展了含碳颗粒凝胶推进剂雾化的实验研究。制备了3种不同含碳颗粒凝胶推进剂模拟液，并对它们的流变和触变特性进行了测量；分析了不同射流速度、不同撞击角度下的雾化场特点和形成机理，以及撞击速度对雾化模式，撞击角度对雾化场基本形状，碳颗粒质量分数、平均粒径等因素对模拟液流变特性和雾化效果的影响；提出了一种基于尺度不变特征变换关键点匹配的雾化场速度计算方法，定量分析了含碳颗粒凝胶推进剂的雾化场速度；以雾化场速度分析为基础提出了一种新的液膜厚度估算方法。研究结果表明：雾化效果随着射流速度和撞击角度的增大而显著改善；碳颗粒的添加对雾化效果有着重要影响，雾化效果随着碳颗粒质量分数的增大而降低，适当增大碳颗粒的粒径可以改善雾化效果；雾化场平均速度与射流速度的比值v_a/v_j可以用于表征雾化效果，v_a/v_j越小，能量转换效率越高，雾化效果越好。

考虑导弹1阶驾驶仪的近似最小加速度峰值导引律

郭琨， 杨树兴

2018, 39(1):  83-93.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.009

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为避免操纵能力受限的导弹在实现大落角约束时出现控制饱和问题，提出一种考虑系统惯性且加速度峰值近似最小的解析形式组合导引律。通过设计切换点以及后段惯性补偿项，该组合导引律由圆弧-直线导引律和带1阶惯性补偿项的多项式导引律组合而成；通过数学推导，证明了切换点必然存在，且组合导引律的加速度峰值出现在切换点；结合前段圆弧-直线导引律对加速度峰值的优化能力，实现了组合导引律的近似最优性。仿真结果表明：组合导引律的加速度在切换点后不再增大，且落角约束得到了满足；与数值最优解的比较进一步验证了该组合导引律的近似最优性。

一种鲁棒自适应容积卡尔曼滤波方法及其在相对导航中的应用

张旭， 崔乃刚， 王小刚， 崔祜涛， 秦武韬

2018, 39(1):  94-100.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.010

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针对无人机编队相对导航系统中视觉导航传感器量测噪声服从非高斯分布的问题，提出一种带噪声估计器的鲁棒自适应容积卡尔曼滤波(CKF)算法。该算法将Huber求解线性回归问题与协方差匹配方法相结合，利用残差序列实时估计，调整系统过程噪声和量测噪声的统计特性，并采用遗忘加权参数对接收到的测量数据进行加权，从而准确地估计出无人机之间的相对位置、速度和姿态信息，提高了鲁棒CKF算法的自适应能力。仿真结果表明，与标准CKF算法和鲁棒CKF算法相比，该算法对受污染的噪声统计特性有较强的自适应性，估计精度高，鲁棒性更强。

铝粉尘云团爆轰温压效应的数值模拟

昝文涛， 洪滔， 董贺飞

2018, 39(1):  101-110.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.011

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为研究粉尘云团形成的爆轰波在空气中传播过程及对周围环境的温压效应和毁伤规律，采用时-空守恒元解元算法两相流模型模拟了当量比为1，颗粒半径为2 μm的悬浮铝粉尘均匀分布形成的半径3.0 m的云团在空气中的爆轰波传播过程。研究结果表明：在冲击波到达云团边界处3.0 m位置时压力达到最大值2.10 MPa，而后压力产生衰减；冲击波到达4.7 m时铝粉尘全部反应完毕无剩余；铝粉尘反应形成的火球会向外运动可到达10.0 m处，火球内中心区域为温度3 500 K 以上、密度0.120 kg/m³的高温低密度区域；冲击波到达24.5 m处超压为0.10 MPa，达到致人死亡标准；冲击波到达28.0 m处时超压为0.09 MPa，可致人严重损伤。

硝基甲烷与铝粉混合物燃爆特性实验研究

何宁， 向聪， 李伟， 张奇

2018, 39(1):  111-117.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.012

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随着新型武器装药的大范围使用，对典型装药燃爆特性参数的研究已成为兵工企业安全生产亟待解决的基础问题。在1 m³密闭爆炸容器内，利用自组建的爆炸测试系统研究了硝基甲烷蒸气的燃爆特性和硝基甲烷蒸气与铝粉尘混合物的燃爆特性。研究结果表明：在实验浓度范围内，随着硝基甲烷蒸气含量的增加，硝基甲烷蒸气与空气的混合物爆燃压力和温度的变化出现一直增大的趋势，爆燃超压在浓度值40%~60%趋于平缓，硝基甲烷蒸气浓度在20%~30%时能够得到最小点火能量的最低值0.7 mJ；硝基甲烷蒸气与铝粉尘混合物，在弱点火条件下随着铝粉尘浓度的增加，压力出现一个极值点，混合物爆燃（或爆轰）压力随铝粉尘浓度变化呈倒“U”形曲线，这一现象基本符合一般可爆性物质燃爆特征。

轻质易碎结构在气体爆炸泄压防护中的使用研究

高康华， 王明洋， 郭强， 赵天辉， 孙松

2018, 39(1):  118-126.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.013

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为研究轻质易碎泄压结构在建筑物内部气体爆炸防护中的适用性，根据室内气体爆燃压力特性及轻质易碎结构的泄压原理，分析了轻质易碎泄压结构在爆燃压力作用下的动力特性；运用气体爆炸加载实验装置开展泄爆实验，结合现行国家泄爆设计规范，确定了轻质易碎结构在室内气体爆炸泄压防护中的使用原则，并提出了泄压结构泄爆性能检测实验方法。研究表明：对硅酸钙板构成的轻质易碎泄压结构，开启动压随着室内爆燃压力作用时间增大而逐渐减小，可用于气体爆燃压力作用时间较长的情况，使用时应以开启动压为泄爆设计指标，必须进行泄爆性能测试。

基于数据配准的零件精密装配最佳接触状态研究

张体广， 张发平， 阎艳， 吴迪， 王戈， 郭少伟

2018, 39(1):  127-136.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.014

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针对零件表面几何形状误差分布对装配精度的影响与零件装配后配合表面接触状态尚不清楚的问题，提出一种基于数据配准的零件配合表面最佳接触状态确定方法。分析零件表面几何形状误差分布特性，利用数据配准技术提出配合表面接触点确定方法，并采用粒子群优化算法求解最佳接触状态；在此基础上采用小位移旋量表示零件表面的几何形状误差，提出一种基于接触状态的配合误差计算方法，从而实现零件装配精度的初步预测；通过实验验证了所提模型和方法的有效性。研究结果表明：数据配准方法可确定零件装配时的接触点位置和接触状态，预测精密高刚度零件的装配精度；从统计意义上证明，零件的形状误差分布对精密装配的影响不可忽略。

冲击载荷下硼酸改性端羟基聚硅氧烷-二氧化硅复合材料的响应特性

周鼎， 苗应刚， 王严培， 李峰， 李玉龙

2018, 39(1):  137-145.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.015

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为研究硼酸改性端羟基聚硅氧烷-二氧化硅轻质冲击硬化聚合物复合材料抗冲击特性及其机理，进行了单轴压缩、冲击试验；结合高速摄影和数字图像相关技术以及有限元仿真，研究材料的变形过程。结果表明：该材料在准静态载荷下呈黏性流动态，而在动态载荷下呈现固体状态，其流动应力提高了10⁴倍以上；当受到冲击载荷时，材料表现出一定的抗冲击性能，且抗冲击性能随着冲击速度和颗粒含量的提高而增强，材料在冲击过程中处于压力-剪力耦合应力状态，剪力所起作用随着冲击速度提高而逐渐增强；高速摄影结果显示，材料在冲击过程中发生阻塞转变，其中动态压缩导致材料局部硬化并表现出抗冲击特性，剪应力决定了材料抗冲击性能的应变率敏感性。因此，提高材料动态剪切响应是改善材料抗冲击性能的最优途径。

基于反向传播神经网络的陶瓷损伤参数反演分析

高玉波， 张伟, 李达诚， 宜晨虹, 汤铁钢

2018, 39(1):  146-152.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.016

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陶瓷材料冲击加载条件下的损伤累积过程伴随着裂纹扩展、体积膨胀等因素，为准确获取陶瓷损伤参数，以钨合金球弹丸高速撞击陶瓷复合装甲的侵彻深度实验为基础，获得了陶瓷面板破碎情况。根据现有文献\[14\]数据中陶瓷材料JH-II本构模型的损伤参数范围，确定了反向传播(BP)神经网络的样本点；采用有限元分析软件AUTODYN对所有样本点的侵彻过程进行数值模拟，结合仿真和实验数据完成了BP神经网络模型的建立和TiB₂-B₄C复合材料损伤参数的反演。仿真结果和实验侵彻深度、回收陶瓷面板的损伤比对，充分验证了所建立的BP神经网络模型对陶瓷损伤参数反演的有效性。

基于旋转三角形模型的负泊松比蜂窝材料面内动态压溃行为数值模拟

卢子兴， 武文博

2018, 39(1):  153-160.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.017

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为提升蜂窝材料的动态力学性能，在旋转三角形变形构型基础上，针对不同旋转角建立了对应的蜂窝结构模型。利用这些蜂窝模型通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA数值模拟了不同旋转角的蜂窝在冲击载荷作用下的面内动态压溃行为；同时考虑冲击速度的影响，研究了旋转角和冲击速度对其变形模式以及平台应力的影响规律，并对比分析了旋转三角形蜂窝的吸能特性。结果表明：旋转三角形蜂窝的变形过程一般可分为旋转变形和坍塌变形两个阶段，其应力-应变曲线具有“两段式应力平台”特征，且表现出明显的动态拉胀效应；当旋转角增大或冲击速度提高到某个临界值后，其应力-应变曲线只具有一个平台段，动态拉胀效应逐渐减弱；在不同冲击速度下，通过与相对密度相同的正六边形蜂窝相比较，旋转三角形蜂窝具有更好的能量吸收能力。

基于Hopkinson杆试验技术的PA-GF50复合材料动态力学行为

王严培， 姜启帆， 李玉龙

2018, 39(1):  161-169.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.018

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为研究纤维含量50%短玻璃纤维增强聚酰胺复合材料PA-GF50的动态力学性能及其应变率效应，利用准静态液压试验机及分离式Hopkinson压杆、Hopkinson拉杆对标距段尺寸为6~10 mm的试样，进行了应变率范围0.000 5~1 600 s^-1的准静态压缩、准静态拉伸、动态压缩和动态拉伸试验。对试样的应力-应变曲线和最终破坏形态，材料在不同应变率下失效破坏过程的微结构力学机理进行了分析。研究结果表明：动态载荷下，材料强度明显高于准静态载荷（压缩载荷下材料在400 s^-1、900 s^-1和1 600 s^-1应变率下分别较准静态载荷下增强31%、25%和29%；拉伸载荷下材料在400 s^-1、800 s^-1和1 200 s^-1应变率下分别较准静态载荷下增强46%、47%和28%），且失效应变有所降低；试样变形和最终破坏形态为压缩载荷下试样经历缺陷压实过程再进入弹性变形最终达到强度后失效，拉伸载荷下试样经历弹性变形达到强度后失效断裂；材料在不同应变率下的微结构机理为准静态载荷下微观裂纹扩展组合成为宏观裂纹，动态载荷下微裂纹分别扩展成为宏观裂纹；试样的宏观断口和扫描电子显微镜结果证实，材料在准静态压缩加载条件下断口较为平整，动态压缩载荷形成纤维拔出、纤维断裂等特征，准静态拉伸载荷下纤维拔出明显，而动态拉伸载荷下主要表现为纤维断裂。

尾缘控制措施对开式空腔噪声抑制效果研究

张群峰， 闫盼盼， 黎军

2018, 39(1):  170-181.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.019

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利用基于Menter SST k-ω湍流模型的改进延迟分离涡模拟方法，对开式空腔气动声学特性进行了数值模拟研究，在腔体尾缘采用后壁开孔板加耗能腔的方法进行流动控制。分别研究了在亚声速和超声速来流条件下，所选取的控制措施对气动噪声的抑制效果；利用数值纹影方法等流场分析技术对开式空腔气动噪声的控制机理进行了分析。研究结果表明：亚声速来流条件下，耗能腔尺寸的选择对噪声抑制效果存在较大影响，若耗能腔尺寸过小，不但无法有效抑制腔体内气动噪声反而会使噪声水平大幅升高，最高升幅达12 dB；耗能腔尺寸增加后，腔体内噪声得到抑制，噪声降低幅度随着耗能腔尺寸的增加而增大。超声速来流条件下，所选用的控制措施可以有效地抑制腔体内气动噪声水平，开式空腔内自持振荡循环被终止，各阶模态频率的纯音噪声消失，噪声最高降幅达到23 dB.

综述

钢筋混凝土靶的侵彻与贯穿研究进展

武海军， 张爽， 黄风雷

2018, 39(1):  182-208.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.01.020

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钢筋混凝土靶的侵彻与贯穿研究可为钻地武器有效发挥毁伤作用以及钢筋混凝土结构有效承担防护功能提供必要支撑。从实验研究、经验和半经验公式、理论建模以及数值模拟等方面系统地综述该领域的国内外研究进展；总结素混凝土与钢筋混凝土靶对比侵彻实验和钢筋混凝土靶非正侵彻实验中典型的实验现象，整理用于计算钢筋混凝土靶侵彻深度、贯穿剩余速度等参量的经验和半经验公式，归纳空腔膨胀、等效分层、考虑钢筋直接碰撞作用等主要的钢筋混凝土靶侵彻与贯穿理论研究成果，梳理不同数值算法、建模方式、材料模型等条件下有代表性的钢筋混凝土靶侵彻与贯穿数值模拟工作，评述研究现状，并重点对实验和理论模型等部分进行讨论与分析，对研究发展方向进行力所能及的展望。