轻量化线膛无坐力炮系统相关性能的测试和评估方法研究

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轻量化线膛无坐力炮系统是目前各国重点关注的班组火力支援武器。因此,开展轻量化线膛无坐力炮系统涉及的一些技术性能的测试和评估方法研究,对指导轻量化线膛无坐力炮设计具有重要的理论意义和工程应用价值。本文围绕轻量化线膛无坐力炮系统的后喷复杂危险区、动不平衡、发射扭转、空炸精度和威力等一些技术性能的测试和评估问题,采用试验和理论分析相结合的方法进行研究,主要内容及成果如下:(1)针对轻量化线膛无坐力炮系统涉及的典型性能参数(冲击波、热流、燃气射流冲量、动不平衡、扭转力矩和破片速度及分布等)的测试需求,分别组建了与之相匹配的测试系统并详细介绍了系统的组成和仪器设备。为轻量化线膛无坐力炮系统重要技术性能的测试评估提供了有效的试验方法保障。(2)建立了轻量化线膛无坐力炮后喷区域危险性综合定量评估方法。基于危险区内危险源分析结果,进行了试验研究,结合概率单位模型对人员处于危险区内受到不同危险源作用时的创伤类型和创伤概率进行评估,确定了主要致命因素。研究表明,该测试评估方法可以直观的对后喷区域危险性进行定量评价,可以为无坐力炮及其同类型武器后喷危险区域的确定提供依据。(3)设计了动不平衡冲量和发射扭转力矩冲量同步测试系统,实现了动不平衡冲量的精确测量,结合振动系统运动稳定性理论对轻量化线膛无坐力炮的动不平衡问题进行了精细化研究。研究表明,轻量化线膛无坐力炮系统存在后后效期,且该时期对动不平衡设计有着重要的影响。该方法有助于了解后后效期内剩余火药燃气对发射器动不平衡的影响机理。(4)针对轻量化线膛无坐力炮的发射扭转问题。本文在膛线受力分析基础上建立了扭转特性分析模型,并通过试验对分析模型进行了验证。结果表明,扭转力矩冲量的计算结果与试验测试结果具有良好的一致性,误差在3%左右;自由状态下,弹丸转速与发射器转速的计算结果与试验测试结果同样具有良好的一致性。此外,通过该模型还可以得到自由发射状态下等效发射缠角与实际加工缠角之间的定量关系公式。(5)基于外弹道理论和蒙特卡洛方法对轻量化线膛无坐力炮榴弹空炸精度进行了模拟,提出了一种针对轻量化线膛无坐力炮的等效缠距标定技术,为榴弹空炸定距精度的提高提供了重要参考,并进行了试验验证。此外,结合坐标毁伤定律对单兵空炸榴弹的作战效能进行了模拟,发现在目标分布状况不明的情况下,合理选择引信定时精度,适当提高破片飞散角可使效能提高两倍以上。(6)开展了轻量化线膛无坐力炮系统榴弹破片威力的试验研究并编制了破片威力评估程序。基于高速录像方法对破片速度及破片飞散特性进行了测试,基于50%破片穿透率对穿戴二级防护装备有生力量的等效钢靶板进行了测试,结合理论模型编制了破片威力评估程序,并对轻量化线膛无坐力炮系统榴弹等效圆柱战斗部破片毁伤威力进行了评估。研究表明,基于高速录像的测试方法测试结果更具科学性,破片威力评估程序可结合试验数据对战斗部的破片毁伤威力进行快速评估。(7)针对高原冲击波威力的衰减,建立了不同海拔条件下冲击波参数的有效预测方法,与平原和高原的试验结果进行对比,预测模型计算结果与试验结果具有很好的一致性。该方法可以较好的预测不同海拔条件下的冲击波参数。借助所建立的预测方法并结合概率单位模型,对轻量化线膛无坐力炮系统榴弹模拟弹爆炸冲击波对人员和砖瓦结构建筑物的毁伤概率进行评估。结果表明:随着海拔的升高冲击波对目标的毁伤概率降低,且随着爆心距的增加,海拔高度的影响逐渐加剧。
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