超高射频武器系统结构设计及数值计算

论文摘要

本文在充分研究“金属风暴”武器系统技术原理的基础之上,基于串联预装填发射原理,对某超高射频武器系统进行了结构设计与分析研究。提出了三种结构设计方案,建立了内弹道数学模型,并对三种方案在非耦合和强耦合两种不同情况下的内弹道过程进行了详细的数值计算与分析。通过对计算结果的分析比较,优选出一种方案。基于传热及相关理论知识,利用有限元方法,对优选方案分别在非耦合、强耦合发射情况下系统的温度场及热应力进行计算分析,着重分析研究了射击过程中高温高压燃气对系统各部件材料强度、弹丸定位可靠性及密封效果的影响,并得出相关结论。本文的研究工作对进一步提高超高射频武器系统结构设计的合理性有较好的借鉴和参考价值。超高射频武器系统温度场及其热应力的研究是本文的重点,积极开展此方面的研究,对于实现超高射频武器研究的跨越式发展,有效解决武器系统热—结构问题具有重要的促进意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外发展及研究现状
• 1.2.1 超高射频武器系统的发展状况
• 1.2.2 超高射频武器内弹道的研究概况
• 1.2.3 热弹性力学发展状况
• 1.2.4 有限元法及有限元分析软件的发展状况
• 1.3 本文的主要工作
• 2 超高射频武器系统结构设计
• 2.1 超高射频武器基本原理
• 2.2 密封理论及其设计
• 2.2.1 密封的相关知识
• 2.2.2 设计原理及方法
• 2.3 系统结构设计及建模
• 2.3.1 几何物理模型
• 2.3.2 材料模型
• 2.3.3 装药选择
• 3 超高射频武器内弹道数值计算及分析
• 3.1 引言
• 3.2 超高射频武器内弹道过程描述
• 3.3 火药气体状态方程的建立
• 3.3.1 火药气体定容状态方程
• 3.3.2 火药气体变容状态方程
• 3.4 超高射频武器内弹道方程组的建立及求解
• 3.4.1 基本假设
• 3.4.2 内弹道基本方程组
• 3.5 超高射频武器系统内弹道计算及分析
• 3.5.1 非耦合发射时内弹道计算
• 3.5.2 强耦合射击时内弹道计算
• 3.6 本章小结
• 4 身管武器热力学理论及其研究方法
• 4.1 引言
• 4.2 瞬态传热的基本方程及定解条件
• 4.2.1 瞬态传热的控制微分方程
• 4.2.2 瞬态传热的定解条件
• 4.3 热应力的求解原理及有限元方程
• 4.3.1 由热弹性理论确定热应力
• 4.3.2 热应力的力学基础
• 4.3.3 热应力数学求解及有限元方程
• 4.4 ANSYS及其求解原理
• 4.4.1 ANSYS简介
• 4.4.2 ANSYS对非线性有限元的求解
• 4.4.3 ANSYS对耦合场的求解
• 5 系统温度场的ANSYS有限元分析
• 5.1 基本思想
• 5.2 瞬态传热分析的有限元基本方程及求解原理
• 5.3 基本假设
• 5.4 初始条件及边界条件的确定
• 5.4.1 初始条件
• 5.4.2 边界条件
• 5.5 材料热物理性能参数的确定
• 5.6 系统温度场有限元数值计算
• 5.6.1 建立有限元分析模型
• 5.6.2 施加载荷及求解
• 5.7 计算结果及分析
• 5.8 本章小结
• 6 系统受热冲击时动态热应力的有限元数值分析
• 6.1 基本假设
• 6.2 热应力分析计算主要考虑的物理性能参数
• 6.3 非耦合发射时系统热应力数值计算
• 6.4 强耦合发射时系统热应力数值计算
• 6.5 本章小结
• 7 结论与展望
• 致谢
• 参考文献