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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(jié)構(gòu)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(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jìn)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(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，從密封、定位和啟動壓力等考慮對彈丸結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對兩發(fā)串聯(lián)彈組及連接處進(jìn)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(jié)構(gòu)如圖所示。射擊時(shí)，第1發(fā)彈的底火被點(diǎn)燃，當(dāng)膛內(nèi)壓力達(dá)到一定值即啟動壓力時(shí)，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(yùn)動，而后幾發(fā)彈要共同承受第1發(fā)彈發(fā)射時(shí)膛內(nèi)壓力的作用，膛內(nèi)壓力經(jīng)彈組依次向后轉(zhuǎn)移，最終這種作用被轉(zhuǎn)移到后膛密封體上。隨著底火被逐個(gè)點(diǎn)燃，對應(yīng)的彈丸一次次被發(fā)射出去。在整個(gè)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)，彈丸設(shè)計(jì)應(yīng)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(yīng)有足夠強(qiáng)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(jié)合上述要求，圖給出了彈丸的三維結(jié)構(gòu)示意圖。彈體也是密封體，局部充當(dāng)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(shí)，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(gòu)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(yīng)相應(yīng)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(shí)，只有前1發(fā)彈丸膛內(nèi)壓力達(dá)到預(yù)定的啟動壓力時(shí)，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(yùn)動，同時(shí)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(cuò)位，進(jìn)而影響整個(gè)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(qiáng)度和變形問題是十分必要的。
根據(jù)彈丸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(qiáng)度和變形問題，特提出以下假設(shè)：由于膛內(nèi)壓力很大，且彈丸受力時(shí)間極短，故不考慮兩發(fā)彈丸之間藥室內(nèi)所裝藥對其強(qiáng)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(shí)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(diǎn)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(yīng)和應(yīng)力波效應(yīng)，將問題等效為準(zhǔn)靜態(tài)問題來處理。
為了使分析更接近實(shí)際，這里分析發(fā)射3發(fā)串聯(lián)彈組的情況，此時(shí)，僅需要考慮后兩發(fā)串聯(lián)彈組連接處在第1發(fā)對應(yīng)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(yàn)過程中單發(fā)射擊時(shí)的膛壓測試曲線。考慮到真實(shí)發(fā)射時(shí)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(qiáng)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(shí)的情況。
通過在ABAQUS中仿真計(jì)算，圖給出了后兩發(fā)串聯(lián)彈組在最大載荷作用時(shí)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(gè)彈丸列在膛內(nèi)的位置影響并不大，符合設(shè)計(jì)要求。
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