ABAQUS高速冲压防空动能弹结构设计与仿真(3)
1.1 课题的意义和应用价值
动能弹增程主要有两种方法：一是对发射器进行改进，加长发射器的身管；二是改进动能弹本身，可以增加推进剂的装填系数、采用高能发射药和增程弹药等。加长发射器身管、加大推进剂的装填容积和采用高能发射药可以提高初速，增大射程，但会导致发射器质量和体积增加，降低机动性，缩短身管寿命降低可靠性。而改善动能弹形状，减小空气阻力，效果也是有限的。为了更大程度的增加动能弹的射程，又避免使发射器质量增加而过于笨重，采用增程技术是行之有效的，即在一般动能弹上装置冲压发动机，弹丸在离炮口一定距离的时候，发动机点火开始工作，再次获得向前的推力，增加射程的目的就达到了。采用增程技术来提高动能弹的射程，是解决火炮质量与射程之间矛盾的有效方法之一[2]。
固体燃料冲压发动机由于其成本较低性能良好的优点，在增程方面有着巨大潜力。目前很多国家已进入试验阶段，取得重大突破，并生产出部分样品。与之相比，国内关于地面远程火炮增程技术的研究进展相对较慢，因此，深入开展高速冲压推进防空动能弹的研究在我国显得尤为重要[3]。
高速冲压推进防空动能弹具有成本低、增程效率高和结构简单等特点，但其推进剂燃烧过程比较复杂，高速冲压推进防空动能弹研制还需要突破一些关键性技术。 这些关键技术包括：
(1) 运用固体燃料冲压发动机的增程动能弹总体技术。通过分析动能弹总体与SFRJ之间的关系，进行动能弹-发动机-进气道的一体化技术研究，确定满足炮弹飞行任务的SFRJ方案、飞行控制方式、进气道形式和气动布局等，使动能弹总体性能最优；
(2) 发动机设计技术。根据动能弹的飞行速度、飞行高度以及飞行姿态等对SFRJ性能的影响，确定SFRJ的主要结构参数，并选定发动机的设计速度，发射初速等设计参数，进行SFRJ总体结构设计，燃烧速度的控制以及拉瓦尔喷管的设计等，对各个部件以及总体的设计方案提出具体要求和标准；
(3) 贫氧推进剂技术。改善贫氧推进剂能量包括：改善含硼及其他金属燃烧剂的推进剂点火性能途径，合理组织含硼及其他金属燃烧剂推进剂在发动机内的燃烧，提高含硼及其他金属燃烧剂推进剂的燃烧效率，可以添加高能粘合剂，确保药柱在高速发射时的结构强度，耐冲击而且不碎裂。在超高速飞行时，提高贫氧推进剂在发动机内的点火性能、降低氧化剂在推进剂中所占的比例、采用高能推进剂、提高燃烧速度；
(4) 弹体结构设计技术。为确保飞行状态稳定，动能弹质心和压心应符合飞行力学原理，因为没有尾翼，所以动能弹靠自旋稳定，旋转角速度为20000rmp。关键部件应特别加以关注结构强度能够保证正常工作，有较高可靠性，而且对发射装置也提出了较高的设计要求；
(5) 数值模拟技术。又分为对外弹道的模拟和对内流场的模拟两种，对外弹道模拟包括 飞行过程中阻力与推力的变化的模拟，动能弹质量的变化以及固体火箭发动机工作参数对射程的影响，内弹道的数值模拟包括燃烧室、进气道以及拉瓦尔喷管的流动与燃烧数值模拟。计算技术在不断的进步，工程设计过程也越来越多地用数值模拟作为设计的重要参考依据；
(6) 实验技术。包括设计过程中的试验和实弹打靶试验。设计试验包括试验用发动机的参数改变以及试验方案等，实弹打靶试验则包括弹道测量、场地选择等技术。最后还需对数值模拟结果进行分析总结，从而改进动能弹的设计。
以上这些关键技术之中，SFRJ技术是最为重要的，要首先攻克。目前，SFRJ的理论性能与其实际性能还有不小的差距，这也是SFRJ在武器型号上的工程应用还不是很广泛的原因。因此，尽快攻克这些关键键技术，提高SFRJ性能，是高速冲压推进防空动能弹研究的关键所在。
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