延时引信弹药与跳弹式防护结构碰撞分析方法技术

本发明专利技术提出一种延时引信弹药与跳弹式防护结构碰撞分析方法，预设初始飞行状态下弹体的攻角为零且弹体沿铅垂方向入射，弹体轴线、弹体偏转力、弹体速度均在入射平面内，将三维问题转化为二维问题，通过弹体与异形结构靶板碰撞后的运动轨迹与碰撞后的运动参数的分析，计算二次防弹障碍物碰撞点的位置，可为跳弹式防钻地弹结构的研发设计以及对周边目标的毁伤分析提供理论依据。伤分析提供理论依据。伤分析提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】
延时引信弹药与跳弹式防护结构碰撞分析方法


[0001]本专利技术涉及侵彻防护
，特别是涉及一种延时引信弹药与跳弹式防护结构碰撞分析方法。

技术介绍

[0002]延期触发引信,简称延期引信，其装有延期元件或延期装置,与目标碰撞后能延期一段时间起作用引爆。当前很多钻地战斗部都采用延期引信，该钻地战斗部依靠自身坚硬的弹头钻过土壤、岩石、混凝土等介质，进入地下工程内部或穿透多层楼板进入建筑物下层精确延时爆炸，这类高效能武器对战场目标的防护以及其他重要目标的生存安全构成了极大的威胁。因此，现有技术中进行了很多针对这类武器的研究。合理的安全防护结构是这些研究试验中需要关注的问题之一，例如，为减少钻地弹的侵彻深度，地下工程中的遮弹层设计或表面异形结构这类遮弹层的研究和检测也需要做弹靶斜碰试验。同时，合理的安全防护结构也是部队实弹训练所面临的现实问题，实弹打靶训练中经常会因为弹靶斜碰造成跳弹事故。现有防护措施是在靶体周围设置强度一致的墙板式防弹仓，这类没有重点、四面平均的设防形式十分浪费材料，并且由于缺少科学的弹道预测技术无法完全避免跳弹引起的安全事故。因此，如何有重点地设置防弹仓的角度和强度是训练和试验中均需要解决的问题。
[0003]异形靶板在防护工程中的应用十分广泛。现阶段防护工程领域中异形靶板多为固定靶板。现有的异形靶板有半球形、两种不同直径半球组合形式、半球和其他异形结构组合形式。其中两种不同直径半球组合形式为大球和小球组合结构，即在两个大的球壳之间的防护薄弱处采用小球壳进行辅助以增强整体防护效果。现有技术中半球形异形靶板的结构设计是基于半穿甲弹侵彻遮弹层模型试验得到的，并在分析实验结果的基础上确定了各个结构的材料；然后根据侵彻经验公式进行计算，结果表明采用组合形式结构比单一结构在抗侵彻方面更有优势。现有技术中还提出了对异形结构，例如，半球、圆锥以及正三棱锥，导偏模型的分析方法，但这种分析方法是基于MAT
‑
JOHNSOM
‑
COOK材料模型以及GRUNEISEN状态方程通过数值模拟进行的仿真实验，之后，通过现场试验对数值仿真模型进行验证，给出该类异形靶板的结构形状参数，以便结构参数对导偏性能的影响；这种仿真模型的对象为全金属材料，且其防护对象为小口径弹体，并不能直接确定这种针对小口径弹体的设计方法在大口径弹体的防护结构中的适用性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提出一种延时引信弹药与跳弹式防护结构碰撞分析方法，提出了弹体的第一次碰撞模型和第二次碰撞模型，根据首次碰撞后的修正弹体角速度ω'2以及首次撞击后弹体质心速度为V'
C
所在的方向与首次撞击的碰撞面MN的夹角β，建立第二次碰撞模型；得出弹体与首次碰撞的异形靶板相邻的异形靶板的碰撞面上的碰撞点B的位置。本专利技术解决了炮击或侵彻试验过程中缺乏针对弹体跳弹或发
生大角度偏转情况下的试验安全防护措施的问题。通过本专利技术所建立的碰撞模型和碰撞分析方法，可以对碰撞后弹体的飞行轨迹进行预测，指导试验场中安全防护设施，例如，收弹仓的设计。现有技术中收弹仓的壁厚是直接借鉴人防工程设计规范中防护层的厚度，本专利技术的碰撞模型可以从理论上对收弹仓的壁厚进行计算避免试验过程中的危险。
[0005]本专利技术中所提出一种延时引信弹药与跳弹式防护结构碰撞分析方法，预设初始飞行状态下弹体的攻角为零且弹体沿铅垂方向入射，弹体轴线、弹体偏转力、弹体速度均在入射平面内，将三维问题转化为二维问题，根据首次碰撞后弹体的运动轨迹，确定二次碰撞点的位置，可为跳弹式防钻地弹结构的研发设计以及对周边目标的毁伤分析提供理论依据。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种延时引信弹药与跳弹式防护结构碰撞分析方法，其具体包括如下步骤：
[0008]步骤一：预设弹体为线性杆状，初始飞行状态下所述弹体的攻角为零且防侵彻结构的碰撞面光滑；
[0009]步骤二：建立第一次碰撞模型；
[0010]步骤三：求出碰撞后弹头的速度v'
A
以及首次碰撞后弹头速度在Y轴方向的分量投影v'
Ay
；
[0011]步骤四：确定材料恢复系数e；得到首次碰撞后弹头速度在Y轴方向的分量投影v'
Ay
与材料恢复系数e、首次撞击前的弹体的质心速度v
c
以及弹体的入射方向与首次撞击面之间的夹角θ之间的关系；
[0012]步骤五：计算首次碰撞后弹体质心速度在Y方向上的分量v'
cy
；
[0013]步骤六：最终得到首次碰撞后弹体的角速度ω2以及首次撞击后弹体质心速度v'
c
所在的方向与首次撞击的碰撞面MN的夹角β；
[0014][0015][0016]其中，e为材料恢复系数；
[0017]θ为弹体的入射方向与首次撞击面之间的夹角；
[0018]L为弹体长度；
[0019]v
c
为首次撞击前的弹体的质心速度；
[0020]v'
cy
为首次碰撞后弹体质心速度在Y方向上的分量；
[0021]v'
cx
为首次撞击后弹体质心速度在X轴方向的分量；
[0022]步骤七：对弹体的质心位置进行修正；修正后，其弹体质心与弹头顶部的距离L'；
[0023]步骤八：得到修正后的首次碰撞后弹体角速度ω'2；
[0024]步骤九：根据首次碰撞后的修正弹体角速度ω'2以及首次撞击后弹体质心速度为v'
c
所在的方向与首次撞击的碰撞面MN的夹角β，建立第二次碰撞模型；
[0025]步骤十：根据异形靶板的几何尺寸，确定弹体与首次碰撞的异形靶板相邻的异形靶板的碰撞面上的碰撞点B的位置。
[0026]优选地，步骤二中，异形靶板的第一尖顶部的两个侧面为异形靶板的撞击面，通过
所述撞击面进行导偏，根据撞击前弹体的质心速度、撞击面上的弹着点，弹体入射角度建立第一次碰撞模型。
[0027]优选地，步骤三中，所述首次碰撞后弹头速度在Y轴方向的分量投影v'
Ay
带动所述弹体进行偏转；
[0028]所述碰撞后弹头的速度v'
A
如下所示：
[0029]v'
A
＝v'
c
+v'
AC
ꢀꢀ
(5)
[0030]式中，v
A
为首次撞击前弹头的速度；
[0031]v'
A
为首次撞击后弹头的速度；
[0032]v'
c
为首次撞击后弹体质心的速度；
[0033]v'
AC
为首次碰撞后弹头相对于弹体质心的速度；
[0034]首次碰撞后弹头速度在Y轴方向的分量投影v'
Ay
如下式所示：
[0035][0036]其中，v'
cy
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种延时引信弹药与跳弹式防护结构碰撞分析方法，其特征在于，其具体包括如下步骤：步骤一：预设初始飞行状态下所述弹体的攻角为零；步骤二：建立第一次碰撞模型；步骤三：基于第一次碰撞模型得到碰撞后弹头的速度v'
A
以及首次碰撞后弹头速度，确定首次碰撞后弹头速度在Y轴方向的分量投影v'
Ay
；步骤四：确定材料恢复系数e；步骤五：计算首次碰撞后弹体质心速度在Y方向上的分量v'
cy
；步骤六：基于首次碰撞后弹体质心速度在Y方向上的分量v'
cy
，得到首次碰撞后弹体的角速度ω2以及首次撞击后弹体质心速度v'
c
所在的方向与首次撞击的碰撞面MN的夹角β；步骤七：对弹体的质心位置进行修正；修正后，其弹体质心与弹头顶部的距离L'；步骤八：得到修正后的首次碰撞后弹体角速度ω'2；步骤九：根据首次碰撞后的修正弹体角速度ω'2以及首次撞击后弹体质心速度为v'
c
所在的方向与首次撞击的碰撞面MN的夹角β，建立第二次碰撞模型；步骤十：根据异形靶板的几何尺寸，确定弹体与首次碰撞的异形靶板相邻的异形靶板的碰撞面上的碰撞点B的位置。2.如权利要求1所述的延时引信弹药与跳弹式防护结构碰撞分析方法，其特征在于，步骤二中，异形靶板的第一尖顶部的两个侧面为异形靶板的撞击面，通过所述撞击面进行导偏，根据撞击前弹体的质心速度、撞击面上的弹着点，弹体入射角度建立第一次碰撞模型。3.如权利要求2所述的延时引信弹药与跳弹式防护结构碰撞分析方法，其特征在于，步骤三中，所述首次碰撞后弹头速度在Y轴方向的分量投影v'
Ay
带动所述弹体进行偏转。4.如权利要求3所述的延时引信弹药与跳弹式防护结构碰撞分析方法，其特征在于，步骤四中，确定材料恢复系数e，其表达式如下；式中，v'
Ay
为首次碰撞后弹头速度在Y轴方向的分量投影；v
Ay
为初...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦有权，吴应祥，陶西贵，马媛媛，张伟锋，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防工程研究院，
类型：发明
国别省市：