弹载器件抗高过载机理研究

弹载器件抗高过载设计是各类炮兵新型弹药设计中的一大难点，也是制约各国信息化炮弹快速发展的主要瓶颈之一。本项目针对火炮发射的高过载环境，以装备部队和研制成功的某型电视侦察炮弹、电视末制导炮弹弹载CCD摄像机及其减载组件为研究对象，从理论角度深入分析该减载组件的减载机理，为各类弹载器件的抗高过载设计提供有效的理论支撑和方法依据。本项目主要研究内容为：基于火炮发射载荷和减载组件材料的非线性特性，建立加装减载组件的弹载器件非线性动力学模型，研究弹载器件在火炮高发射过载环境下的结构动态响应；通过数值仿真和冲击试验，研究过载的时间累积效应及对弹载器件影响规律；分析不同过载环境、不同温度条件等对减载组件减载性能及弹载器件抗过载能力的影响，研究减载组件在高过载环境下为满足不同弹载器件的抗过载要求应具备的基本特性。

弹载器件抗高过载设计是弹药设计中的一大难点，也是各类高过载新型弹药发展的基础与核心。本课题研究选用了具有典型高过载特性的身管火炮发射环境，以某型特种弹所用弹载光电器件及其减载组件为研究对象，采用冲击实验、理论分析、数值仿真等方法，对弹载器件的抗过载机理进行了全面系统的研究。开展的研究内容和取得的成果主要有：.（1）针对火炮发射环境下弹载器件结构动态响应无精确测试验证方法的难题，采用分离式霍普金森压杆（SHPB）装置和高速摄像机等测试设备，对未加装和加装减载组件的弹载器件进行了大量的冲击测试，得到了测试所用弹载器件可承受的极限载荷和经减载组件减载后作用于弹载器件的输出应力；根据SHPB实验环境，仿真分析了弹载器件的动态响应，仿真结果与冲击测试具有较好的一致性，为不同冲击环境下弹载器件的动态特性研究提供了分析依据和方法参考。.（2）针对减载组件在冲击条件下的变形受应力波效应和应变率效应互相耦合影响的情况，基于减载组件材料的非线性特性，建立了加装减载组件的弹载器件非线性动力学模型，利用参数辨识法和特征线的相容关系获得了反应减载组件材料属性的性能参数并完成了模型求解；研究了环境温度对减载组件性能影响，计算结果与冲击实验结果相符。该模型的建立与求解，为火炮发射环境下弹载器件的动态特性研究提供了一种有效的理论分析和计算方法。.（3）研究了火炮发射环境下弹载器件的动态响应，通过仿真模拟和数值计算可知，加装减载组件的弹载光电器件在弹丸发射过程中，在应力波作用下做持续振荡运动，振荡幅值会随着加载力的变化率增大而增大，而且在加载力结束后，镜头会出现较强反弹。研究结果也同时表明，作用于弹载器件上的应力会随着外载时间的延长出现累积增长，但减载组件内部的应力会逐渐趋于均匀化，该应力值相比同样峰值的短时间外载要明显变大，即过载存在着时间累积效应。.（4）通过本课题建立的理论计算模型和采用的研究方法，可在已知减载组件材料属性、几何尺寸和弹载器件质量等参数情况下，即可通过求解方程，得到弹载器件在火炮发射环境下的动力学响应，为不同类型弹载器件在不同火炮平台上的的抗过载设计和应用提供理论分析依据。也可在已知弹载器件可承受的极限过载、在弹体内的装配空间和火炮发射环境等情况下，通过对理论计算模型进行反推，得到适用的减载组件材料参数取值范围，再辅之测试，即可确定减载组件材料并进行结构设计。