水下彈藥碰撞與彈道信號特點數(shù)值分析

摘 要： 根據(jù)水下火箭彈使用環(huán)境，易出現(xiàn)低速大著角碰撞，此時彈體軸向加速度與彈道水流阻力下加速度大小會較為接近，導致發(fā)引信誤發(fā)火問題，但未見相關研究成果發(fā)表。針對水下火箭彈彈道和碰撞時的加速度特點問題，運用ANSYS 14.0中的LS?DYNA和FLUENT模塊進行了仿真分析，結果表明在低速大傾角碰撞時軸向加速度信號小于彈道上的最大加速度信號，但此時彈體法向加速度差別較明顯。根據(jù)仿真結果特點提出了一種加速度?觸發(fā)復合的發(fā)火控制方法，分析表明該軟件仿真方法成熟、結果可信度較高，數(shù)據(jù)中存在的問題有合理的解釋，該方法可以實現(xiàn)水下火箭彈碰撞信號和彈道信號的區(qū)別，且準確度較高，可以在設計中應用。

關鍵詞： 水下火箭彈； 引信； 大著角碰撞； 數(shù)值仿真

中圖分類號： TN911.7?34； TJ43 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）03?0008?04

0 引 言

小型水下潛艇等需要一種便于攜帶且殺傷力較大的武器作為自衛(wèi)和攻擊的手段。水下火箭彈由于體積小，發(fā)射平臺要求較低，爆破威力較大，所以非常適用于這一領域[1]。由于水下火箭彈工作環(huán)境特點，易產(chǎn)生大著角碰撞，且由于火箭彈在水的阻力下速度下降非常快，因此在彈道后半段碰撞時速度較低，容易出現(xiàn)跳彈現(xiàn)象。同時由于彈體在火箭發(fā)動機的作用下可以達到較高的速度（100 m/s左右），此時彈體受到的水流阻力會很大，彈頭部壓力也就非常大，在發(fā)動機停止工作后會出現(xiàn)較大的減加速度并伴隨著速度突變。這時彈體軸向加速度變化和頭部壓力會與低速大著角時碰撞信號相似，如發(fā)火條件設計不合理易造成誤發(fā)火或瞎火。

傳統(tǒng)的引信發(fā)火作用方式有瞬發(fā)、慣性、延期、時間/轉數(shù)、近炸、指令發(fā)火等[2]。由于水下火箭彈體積小、造價低不宜采用近炸方式。其次水下火箭彈在不同水深位置發(fā)射時其外彈道速度?時間曲線有較大變化，定時的方法難以獲得較高的控制精度[3]。如果利用慣性發(fā)火應對以上信號的特點并進行全面的分析以保證發(fā)火的穩(wěn)定性和準確性。但至今未見相應的研究成果發(fā)表。相升海、王達成等人在火箭深彈水中阻力特性研究一文中對火箭深彈在水下高速運動時的阻力變化特點進行了仿真和實驗研究。證明阻力成分中差壓阻力占主要部分。仿真數(shù)據(jù)與水洞實驗數(shù)據(jù)進行了對比，兩者基本一致[4]。 劉文輝、胡忠舉等人對彈丸對鋁合金裝甲板斜侵徹的過程進行了數(shù)值模擬[5]，證明有限元模擬結果與實驗結果與宏觀物理圖像比較接近。Warren T L、陳小偉、王峰等采用有限元模擬和實驗相結合的方法分別采用球形鋼頭、細長尖頭、卵形彈頭侵徹靶板的過程進行了分析、驗證，結果證明仿真的方法和實驗數(shù)據(jù)比較接近[6?8]。由以上研究可見，該仿真方法在水中彈道以及侵徹過程的研究中是可行的且精度較高。這些研究未針對水下彈藥彈道和碰撞過程進行研究。且由于侵徹過程以及水下高速彈道中存在大變形、空化泡等問題，相關的理論和實驗研究仍有待深入[9]。

為了得到水下火箭彈彈道中和碰撞過程中加速度及表面壓力特點，從而為該彈選擇穩(wěn)定、可靠的發(fā)火方式及控制參數(shù)。本文運用ANSYS 14.0的FLUENT和LSDYNA模塊進行了仿真分析，并提出了一種適合于該彈的發(fā)火控制方法。