兵器作用机理仿真类

该实验平台主要针对自动武器动力学原理、火炮发射动力学、弹药终点效应、弹箭空气动力学、兵器有限元基础等12门专业理论课程,每门课程大约有2学时的实验,共有23项 26 学时实验,该类实验是利用计算机进行数值仿真,然后通过半实物仿真进行校核验证。

兵器作用过程中,火药燃烧、炸药爆炸,运动中激波作用等复杂的物理化学机理无法通过真实实验学习,利用现代数值模拟仿真技术,可以仿真模拟机构动作,发射过程中火药燃烧、弹药爆炸等过程。还能进行相关参数优化,影响因子的分析。该类实验主要是将教师科研成果转化为教学课件,指导学生进行兵器设计中的各类数字仿真,解决兵器作用机理无法通过真实实验研究的问题,也通过实验让学生掌握先进的计算机辅助设计仿真技术。

下面是典型的兵器作用机理仿真实验项目:

1)火炮发射时药筒的受力分析实验

【实验功能】

赵捍东教授与724厂合作进行的弹药膛内发射时药筒的动力学过程仿真系统,转化为本科生《有限元理论及应用》、《火炮发射动力学》课程实验, 利用有限元法揭示了药筒在高膛压下的膨胀、塑性变形及回弹的作用机理,解决了实验现象通过真实实验不可见的问题。

图 1 药筒在高膛压下的变形过程

2)转管武器动力学仿真实验

【实验功能】

李强教授与兵器208所合作进行的转管武器动力学仿真系统转化为本科生课程《自动武器动力学》中转管武器动力学仿真实验,利用多体动力学仿真技术揭示了内能源转管武器机构运动的力学作用机理及运动学特征,解决了实验成本高、作用机理不可见的问题。

图 2  转管自动机动力学仿真

3)高炮发射动力学仿真实验

【实验功能】

高跃飞教授与兵器497厂合作的高炮发射动力学仿真系统,转化为本科生《火炮发射动力学》课程的中的实验,利用多体动力学仿真技术揭示了高炮发射过程中全炮的振动、炮口扰动发生的机理及动力学特征。

图 3 火炮的发射动力学仿真

4)成型弹丸形成过程仿真实验

【实验功能】

王志军、尹建平教授与北京理工大学合作的成型弹丸优化设计软件转化为《弹药终点效应学》的课程实验,利用高度非线性有限元法揭示了成型装药产生高速弹丸的过程及成型弹丸的毁伤机理,解决了实验现象不可见的问题。

 

图 4 成型装药产生高速弹丸的过程

5)弹箭飞行外流场仿真实验

【实验功能】

朱基智教授与兵器791厂合作的火箭弹外流场仿真系统,转化为本科生《弹箭空气动力学》

课程实验,通过流体力学仿真技术揭示了不同飞行速度下火箭弹的外流场特性,可为外形设计提供优化方案。

   

图 5 弹丸气流速度云图        图 6火箭弹气流速度等高线

6)弹箭动态特性仿真实验

【实验功能】

张会锁老师与兵器791厂合作的弹箭模态仿真计算,转化为本科生《火箭弹设计》、《弹箭空气动力学》课程实验,利用有限元法揭示了弹箭的动态特性、为弹箭的共振、结构设计提供参考。

图7 弹体模态仿真的振型

7)杀爆弹作用机理仿真实验

【实验功能】

侯秀成老师完成的杀爆弹仿真,转化为本科生《弹丸终点效应》课程实验,利用高度非线性有限元法揭示了杀爆弹作用时炸药爆炸、弹药壳体破裂、破片飞散的机理,解决了实验现象不可见的问题。

 

图 8杀爆弹爆炸仿真动画

8)浇注装药工艺仿真实验系统

【实验功能】

曹红松教授与兵器763厂合作的装药工艺仿真系统,转化为本科生《弹药装药工艺学》中的装药工艺仿真实验,利用有限元法揭示了浇注过程的充型、凝固固化过程中温度场、压力场的耦合作用机理。

图9 浇注装药过程的仿真

9)引信机构动作动力学仿真实验系统

【实验功能】

李波副教授完成的引信机构动作原理实验系统,转化为本科生《引信系统分析与设计》课程,

利用多体动力学方法揭示了引信复杂精密机构动力学作用机理。

 

图10 榴-5引信解除保险过程动力学仿真

 

图11 榴-1 引信的作用过程动力学仿真

10) 破甲弹作用机理演示系统

【实验功能】

陈智刚教授开发的破甲弹作用机理演示系统转化为本科生《弹药终点效应》课程,形象地揭示了破甲弹形成及穿甲的过程。

图12  利用LS-DYNA仿真炸药压垮药型罩形成射

【实验效果】

1)利用各类CAE软件进行兵器相关动力学、结构力学、爆炸力学、空气动力学、流体力学等问题进行仿真,揭示了兵器作用过程中无法通过实物实验观察到的机理性问题,让学生更深刻的了解到兵器作用过程,解决了作用过程不可及、实验高危性的问题。

2)与企业合作完成的各种仿真类软件在本科教学中的应用,促进了科研成果的转化。