自然破片战斗部破片质量与数量分布预测仿真计算方法技术

本发明专利技术涉及自然破片战斗部破片质量与数量分布预测仿真计算方法，包括计算单位长度修正Payman破碎参数Cu，利用Cu与C/M线性关系，计算特征常数A、B值；根据战斗部纵向半剖图按几何特征将战斗部划分成n个单元；计算各单元金属质量M

Simulation calculation method of fragment quality and quantity distribution of natural fragment warhead

【技术实现步骤摘要】
自然破片战斗部破片质量与数量分布预测仿真计算方法
本专利技术涉及破片战斗部威力仿真领域，特别涉及一种自然破片战斗部破片质量与数量分布预测仿真计算方法。
技术介绍
破片质量与数量分布是设计具有理想破片杀伤效应弹丸的重要问题，而影响破片质量、数量分布的因素很多，其中包括一些随机因素，这就导致要想对这些因素进行理论分析很难。在弹丸设计过程中，为了选择具有最佳破片杀伤效应的设计方案，需在几个不同方案，如不同结构、或不同弹体材料、或不同炸药中进行筛选。在方案筛选中，都是用实际战斗部的破碎性试验求得破片质量与数量分布数据，不仅耗费大量的人力、物力、财力，而且研制周期较长。为了解决上述问题，科研人员力图在研制过程中，至少是方案筛选时，避免进行实际战斗部的破碎性试验，而是通过理论分析或简单实验来解决问题。目前，广泛用于预测自然破片质量、数量分布的有Mott实验公式，但该公式存在大、小破片区偏离实验值较大的问题，而且对于给定的条件，必须用实验测定破碎参数，而这并不容易；Sternberg为了弥补Mott公式的不足，提出了按质量将破片分为三个区域，并给出了三个不同实验公式，该公式虽然避免了大、小破片区偏离实验值的问题，但待定常数多，使用不便；松永美之公式与特定的试验结果比较吻合，但该分布公式没有考虑弹体材料对破碎性的影响；其它一些破片质量分布式，如矶部公式、铃木公式等，也都忽略了材料的影响。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种在自然破片战斗部设计过程中，仅需通过简单模拟试验测出单位长度修正Payman参数Cu和C/M比值关系，即能较为准确预测自然破片战斗部的破片质量与数量分布，以完成各种战斗部设计方案筛选工作的高效的预测仿真计算方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种自然破片战斗部破片质量与数量分布预测仿真计算方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、采用与战斗部具有相同材料、相同热处理工艺、相同炸药含量的小圆柱形模拟弹进行静爆试验，计算单位长度修正Payman破碎参数Cu，利用在给定材料、热处理工艺、炸药含量情形下Cu与C/M的线性关系，计算出弹体材料与炸药组合的特征常数A、B值；步骤2、根据战斗部纵向半剖图按几何特征将战斗部划分成n个单元；步骤3、根据单元的几何尺寸和弹体材料与炸药的密度，计算各单元的金属质量Mi和炸药质量Ci，其中，i取值为0-n；步骤4、计算各单元的炸药质量Ci与金属质量Mi的比值步骤5、将各单元的值代入已知的Cu＝A+B×(C/M)中，计算出各单元的单位长度修正Payman破碎参数Cui；步骤6、根据各单元的几何尺寸计算各单元的锥角；步骤7、根据各单元的几何特征，分别对各单元的单位长度修正Payman破碎参数进行修正，得到修正后的Cui’；步骤8、各个单元的Cui’值乘以各自单元的长度，得到各单元的修正Payman破碎参数Coi；步骤9、计算各个单元的破片质量与数量分布；步骤10、将所有单元的相同质量范围内的破片质量和数量相加，得到整个战斗部的破片质量与数量分布。进一步的，所述步骤1中采用与战斗部具有相同材料、相同热处理工艺、相同炸药含量的小圆柱形模拟弹进行静爆试验，计算单位长度修正Payman破碎参数Cu，具体包括：步骤1-1、根据破片积累质量百分数P的对数与无量纲破片质量m/Mr之间的线性关系[1]计算修正Payman破碎参数Co，公式为式中m为破片质量；Mr为回收破片的总质量，当回收率很高时近似等于弹体的金属质量M；m/Mr称为无量纲破片质量，P为质量大于m的破片积累质量百分数；步骤1-2、根据修正Payman破碎参数Co与弹体长度L间的正比关系[2]计算单位长度修正Payman破碎参数，即：其中,比例系数Cu为单位长度修正Payman破碎参数。进一步的，所述步骤1中利用在给定材料、热处理工艺、炸药含量情形下Cu与C/M的线性关系，计算出弹体材料与炸药组合的特征常数A、B值，具体为：对于给定的弹体材料和炸药，单位长度修正Payman破碎参数Cu与C/M间存在如下公式[3]，即其中，C为炸药质量，M为弹体的金属质量，A和B是弹体材料与炸药组合的特性常数；以步骤1中小圆柱形模拟弹试验数据为依据，取得每发模拟弹的C/M比值，用xi表示，及单位长度修正Payman破碎参数Cui，用yi表示，得到关系[3]的线性拟合关系为如下公式[4]，即yi＝A+Bxi+εi(i＝1,2,…,n)[4]其中,(xi，yi)表示(C/M，Cu)的第i个样本观察值，利用最小二乘法原理，计算取值最小时的A、B值。进一步的，所述步骤7中根据各单元的几何特征，分别对各单元的单位长度修正Payman破碎参数进行修正，得到修正后的Cui’，具体为：步骤7-1、对于相同材料和炸药组合，平均C/M比值相同的带锥度弹和圆柱弹之间存在如下公式Cu(带锥度弹)＝(1-T1θ)Cu(圆柱弹)[5]其中，T1为锥度修正系数，θ为表面锥度，当内表面和外表面都带锥度时取其平均值，即带锥度弹按公式[5]得到修正的Cui’；步骤7-2、对于存在起爆端端部效应的情况，端部效应导致破碎性降低，对比相应无端部效应的弹，存在如下公式Cu(有端部效应)＝Cu(无端部效应)-T2A[6]其中，T2为端部效应修正系数，常数A与公式[3]中一致，即对于存在有端部效应的按公式[6]式得到修正的Cui’；步骤7-3、对于无装药的空弹体情形，无装药部分的修正Payman破碎参数Co按如下公式[7]估算，Co(无装药部分)＝T3A[7]其中，T3为无装药修正系数，常数A与公式[3]中一致，即对于无装药部分的按公式[7]式得到修正的Co’，并基于公式[2]得到修正的Cui’；步骤7-4、对于存在弹底的情形，分邻近圆柱部分、底这两部分考虑，则存在如下公式[8]和[9]，Cu(底)＝T5Cu(邻近圆柱部分)[9]其中，T4T5为弹底修正系数，T4取值0-1之间，T5取值0-1之间，即对于存在弹底情形按公式[8]、[9]得到修正的Cui’。进一步，所述步骤9具体包括：步骤9-1、依据国军标相关标准规范确定不同破片质量mi(i＝1,2,...,k)系列阈值；步骤9-2、依据公式[1]得到破片质量在mi到mj范围内的破片总质量为：其中，Mij为质量在mi到mj范围内的破片总质量；mi和mj为破片质量分组的下限和上限，mj>mi；M为战斗部各单元的弹体金属质量总和，即弹体的金属质量；α为质量修正系数，其值根据模拟试验数据选取；步骤9-3、各质量范围内的破片数量为：其中，a和b是加权系数，a+b＝1，其值根据模拟试验数据选取。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：首先，本方法以破碎性相似关系为基础，简本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自然破片战斗部破片质量与数量分布预测仿真计算方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1、采用与战斗部具有相同材料、相同热处理工艺、相同炸药含量的小圆柱形模拟弹进行静爆试验，计算单位长度修正Payman破碎参数Cu，利用在给定材料、热处理工艺、炸药含量情形下Cu与C/M的线性关系，计算出弹体材料与炸药组合的特征常数A、B值；/n步骤2、根据战斗部纵向半剖图按几何特征将战斗部划分成n个单元；/n步骤3、根据单元的几何尺寸和弹体材料与炸药的密度，计算各单元的金属质量M

【技术特征摘要】
1.一种自然破片战斗部破片质量与数量分布预测仿真计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、采用与战斗部具有相同材料、相同热处理工艺、相同炸药含量的小圆柱形模拟弹进行静爆试验，计算单位长度修正Payman破碎参数Cu，利用在给定材料、热处理工艺、炸药含量情形下Cu与C/M的线性关系，计算出弹体材料与炸药组合的特征常数A、B值；
步骤2、根据战斗部纵向半剖图按几何特征将战斗部划分成n个单元；
步骤3、根据单元的几何尺寸和弹体材料与炸药的密度，计算各单元的金属质量Mi和炸药质量Ci，其中，i取值为0-n；
步骤4、计算各单元的炸药质量Ci与金属质量Mi的比值
步骤5、将各单元的值代入已知的Cu＝A+B×(C/M)中，计算出各单元的单位长度修正Payman破碎参数Cui；
步骤6、根据各单元的几何尺寸计算各单元的锥角；
步骤7、根据各单元的几何特征，分别对各单元的单位长度修正Payman破碎参数进行修正，得到修正后的Cui’；
步骤8、各个单元的Cui’值乘以各自单元的长度，得到各单元的修正Payman破碎参数Coi；
步骤9、计算各个单元的破片质量与数量分布；
步骤10、将所有单元的相同质量范围内的破片质量和数量相加，得到整个战斗部的破片质量与数量分布。


2.根据权利要求1所述自然破片战斗部破片质量与数量分布预测仿真计算方法，其特征在于：所述步骤1中采用与战斗部具有相同材料、相同热处理工艺、相同炸药含量的小圆柱形模拟弹进行静爆试验，计算单位长度修正Payman破碎参数Cu，具体包括，
步骤1-1、根据破片积累质量百分数P的对数与无量纲破片质量m/Mr之间的线性关系[1]计算修正Payman破碎参数Co，公式为



式中m为破片质量；Mr为回收破片的总质量，当回收率很高时近似等于弹体的金属质量M；m/Mr称为无量纲破片质量，P为质量大于m的破片积累质量百分数；
步骤1-2、根据修正Payman破碎参数Co与弹体长度L间的正比关系[2]计算单位长度修正Payman破碎参数，即：



其中,比例系数Cu为单位长度修正Payman破碎参数。


3.根据权利要求2所述自然破片战斗部破片质量与数量分布预测仿真计算方法，其特征在于：所述步骤1中利用在给定材料、热处理工艺、炸药含量情形下Cu与C/M的线性关系，计算出弹体材料与炸药组合的特征常数A、B值，具体为，
对于给定的弹体材料和炸药，单位长度修正Payman破碎参数Cu与C/M间存在如下公式[3]，即



其中，C为炸药质量，M为弹体的金属质量，A和B是弹体材料与炸药组合的特性常数；
以步骤1中小圆柱形模拟弹试验数据为依据，...

【专利技术属性】
技术研发人员：康震宇，袁书强，陈炯，王芳，张明杰，屈超洋，刘文彬，李亚哲，徐国辉，贺勇，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院宁波分院，
类型：发明
国别省市：浙江;33