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超高射頻串聯(lián)發(fā)射采用彈丸串聯(lián)裝填發(fā)射，對發(fā)射裝置結構要求較高，既要求彈丸與炮膛之間有良好的密封作用，又要求彈丸之間要有很好的定位性能。先前申越等。對彈丸進行結構設計及有限元分析，但未考慮彈丸的定位和啟動壓力，且只對單發(fā)彈丸進行了有限元分析。本研究在分析超高射頻串聯(lián)發(fā)射整體結構的基礎上，從密封、定位和啟動壓力等考慮對彈丸結構進行設計，并對兩發(fā)串聯(lián)彈組及連接處進行了有限元模型的建立和仿真分析。
超高射頻串聯(lián)發(fā)射彈組結構如圖所示。射擊時，第1發(fā)彈的底火被點燃，當膛內(nèi)壓力達到一定值即啟動壓力時，第1發(fā)彈與后1發(fā)彈在連接處的尾翼位置斷開，開始在炮膛內(nèi)運動，而后幾發(fā)彈要共同承受第1發(fā)彈發(fā)射時膛內(nèi)壓力的作用，膛內(nèi)壓力經(jīng)彈組依次向后轉移，最終這種作用被轉移到后膛密封體上。隨著底火被逐個點燃，對應的彈丸一次次被發(fā)射出去。在整個發(fā)射過程中，后膛密封體處于多次受力狀態(tài)，且始終要保持密封狀態(tài)。
針對超高射頻串聯(lián)發(fā)射上述結構特點，彈丸設計應滿足以下要求：彈丸和彈丸、彈丸和炮膛之間要求緊密配合；保證前1發(fā)彈和后1發(fā)彈之間的藥室初容積大小一致；彈丸串聯(lián)后的支撐部分應有足夠強度，在膛壓作用下確保不發(fā)生大變形或破損；保證兩發(fā)彈之間的連接固定，即有一定的啟動壓力；密封性良好，保證前1發(fā)彈在發(fā)射過程中藥室的高溫高壓氣體不會泄露到后1發(fā)彈的藥室中。
結合上述要求，圖給出了彈丸的三維結構示意圖。彈體也是密封體，局部充當金屬密封，其上的環(huán)形槽內(nèi)裝有密封圈，與彈體共同作用，密封高溫高壓火藥氣體。
裝填時，前1發(fā)彈丸后端支撐桿和后1發(fā)彈丸前端支撐桿相接觸，并用尾翼加以配合連接固定，構成兩發(fā)串聯(lián)彈組。兩發(fā)串聯(lián)彈組之間的容積即為前1發(fā)彈丸的藥室容積，藥室上對應相應的底火，而藥室內(nèi)的連接部分即為兩發(fā)串聯(lián)彈組的支撐部分。發(fā)射時，只有前1發(fā)彈丸膛內(nèi)壓力達到預定的啟動壓力時，才會和后1發(fā)彈丸在尾翼配合連接處斷開，開始在炮膛內(nèi)運動，同時串聯(lián)彈組的支撐部分將承受來自前方炮膛壓力的多次沖擊。如果串聯(lián)彈組的支撐部分發(fā)生變形或破損，有可能引起后續(xù)彈組的后移，造成藥室與底火錯位，進而影響整個系統(tǒng)的發(fā)射過程。由此可以看出研究串聯(lián)彈組支撐部分的強度和變形問題是十分必要的。
根據(jù)彈丸結構特點，建立了兩發(fā)串聯(lián)彈組的有限元仿真分析模型。為了分析在藥室壓力作用下后兩彈丸之間支撐部分的強度和變形問題，特提出以下假設：由于膛內(nèi)壓力很大，且彈丸受力時間極短，故不考慮兩發(fā)彈丸之間藥室內(nèi)所裝藥對其強度的影響；由于彈丸前端受力將傳遞給后面彈丸的支撐部分，故忽略彈體本身在壓力作用下的形變問題，建模時可以不考慮彈體上的環(huán)形槽以簡化分析體網(wǎng)格的建立；由于重點分析的是彈丸之間支撐部分，尾翼的形狀對其分析基本影響不大，故將支撐部分處尾翼簡化成一圓柱環(huán)，后1發(fā)彈的尾翼略去；由于彈丸具有規(guī)則的軸對稱形狀，為了減少工作量、提高模型的分析速度，只分析四分之一彈體；不考慮彈體動態(tài)問題的慣性效應和應力波效應，將問題等效為準靜態(tài)問題來處理。
為了使分析更接近實際，這里分析發(fā)射3發(fā)串聯(lián)彈組的情況，此時，僅需要考慮后兩發(fā)串聯(lián)彈組連接處在第1發(fā)對應藥室壓力下的受力情況。圖是最大壓力載荷取值曲線，該曲線選取試驗過程中單發(fā)射擊時的膛壓測試曲線。考慮到真實發(fā)射時射頻至少在每分鐘萬發(fā)以上，彈丸在炮膛內(nèi)存在后效期耦合，為了更好地研究后兩發(fā)串聯(lián)彈組的強度變形，這里只研究后兩發(fā)串聯(lián)彈組在最大載荷作用時的情況。
通過在ABAQUS中仿真計算，圖給出了后兩發(fā)串聯(lián)彈組在最大載荷作用時的軸向變形云圖。從圖中可以看出后兩發(fā)串聯(lián)彈組的軸向最大變形量為-1.380 mm，該變形量與彈丸本身的尺寸相比很小，且尾翼的最大變形量為-0.88mm，也不會影響彈丸之間的連接。故該變形對整個彈丸列在膛內(nèi)的位置影響并不大，符合設計要求。
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