基于弹靶斜碰的跳弹轨迹预测模型制造技术

本发明专利技术提出了一种基于弹靶斜碰的跳弹轨迹预测模型，以第一次碰撞的导偏体的表面MN方向为X轴、垂直于MN的方向为Y轴建立初始坐标系，得到首次碰撞后弹头的速度以及首次碰撞后弹体质心的速度；进而得到首次碰撞后弹体的角速度以及首次撞击后弹体质心速度方向与首次撞击的碰撞面MN的夹角；确定二次碰撞点的位置；根据二次撞击后弹体质心C1的位置最终得到二次碰撞后的弹体角速度以及二次碰撞后速度与X轴的夹角。本发明专利技术中预设弹体轴线、偏转力、速度均在入射平面内，把复杂的三维碰撞简化为二维平面问题，大大减少了计算量，获得更加清晰的碰撞后弹体运动轨迹。本发明专利技术能够为实弹打靶训练和钻地弹等打靶试验的安全防护设施建设提供科学依据。设提供科学依据。设提供科学依据。

【技术实现步骤摘要】
基于弹靶斜碰的跳弹轨迹预测模型


[0001]本专利技术涉及实弹打靶或实弹侵彻试验安全防护
，特别是涉及一种基于弹靶斜碰的跳弹轨迹预测模型。

技术介绍

[0002]随着武器毁伤能力的增强，新型钻地武器不断出现。为了提高防护能力，遮弹层中的偏航结构研究成为热点。常用的偏航体一般采用表面异形结构或在遮弹层内部添加异性材料，使弹体受到不均匀力的作用，在遮弹层内部产生偏转。现有技术中存在一种由电工陶瓷与RPC球面柱组成的偏航层和以RPC为基本层的活性粉末混凝土基表面异形遮弹层；试验结果表明弹体在侵彻时发生了不同程度的破坏，弹道明显偏转。现有技术中对球壳形遮弹板在冲击下的应力场进行了实验研究，表明等厚度球壳形遮弹板是一种较为合理的遮弹板形式。现有技术中设计了一种由浆砌块石、异形偏航板和钢纤维混凝土组成的多层复合遮弹层结构；抗侵彻试验和数值模拟结果表明该结构在大口径炮弹的侵彻作用下表现出了良好的抗侵彻性能。现有技术中提出了圆锥体、标准半球体和正三棱锥等三种典型的导偏体，经有限元分析和小规模试验验证得出，弹丸撞击金属导偏体结构时，由于受到不均匀力的作用会产生偏转，导偏体的几何尺寸对导偏效果有很大影响。现有技术中研究设计了表面异形偏航板复合遮弹层结构，以上这些偏航结构均表现出良好的抗侵彻性能。但是根据动态空腔膨胀理论，当弹体头部完全进入靶体后，随着侵彻深度的不断增加，弹体左右表面的应力趋于相等。这说明弹体一旦进入遮弹层内部，由于受到较强的横向力约束，弹体克服该约束引起弹道偏转所需的能量极大，过程可控性低，难以实现较大偏航。另外，钻地弹攻击目标时弹体的入射姿态保持基本恒定，大约在铅锤方向
±
15
°
范围内，现有技术中的偏航结构导偏单元数量较多且尺寸较小，并不能使弹体实际入射状态发生有效变化(有效变化是指偏转后能明显减少弹体在铅锤方向的侵彻深度)。由上可知，偏航结构的作用应立足于弹体与偏航体(以下简称“弹
‑
偏”)碰撞后，在弹体实际进入遮弹层前，弹体轨迹有效改变甚至弹体跳弹。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提出一种基于弹靶斜碰的跳弹轨迹预测模型，其包括弹体的第一次碰撞模型和第二次碰撞模型，得出弹体与首次碰撞的导偏体相邻的导偏体的碰撞面上的碰撞点B的位置，进而确定弹体二次撞击前的直线方程和该方程与二次撞击面之间的夹角。在对二次撞击的碰撞进行分析，得到碰撞分析模型以及二次碰撞后的速度矢量，以对二次碰撞后弹体的轨迹进行预测。本专利技术解决了现有技术中实弹训练和侵彻试验中的安全措施为在靶体周围设置通用墙板式防弹仓，这类通用型防弹仓通常为三面式结构且各个方向的强度一致，既浪费材料又无法完全避免跳弹引起的安全事故的问题。本专利技术中预设弹体轴线、偏转力、速度均在入射平面内，把复杂的三维碰撞简化为二维平面问题，大大减少了计算量，获得更加清晰的碰撞后弹体运动轨迹。
[0004]本专利技术能够为跳弹情况下防弹仓设计提供理论支撑，根据碰撞后弹体的运动方向设置防弹仓的角度、位置以及根据碰撞后弹体运动轨迹确定防弹仓的强度。
[0005]碰撞后在弹体跳转方向上可以相应地设置与其它方向不同强度或厚度的材料和装置，有效降低成本并且达到了更好的防护效果。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于固定异形靶板的跳弹轨迹模型，通过第一次碰撞模型求出碰撞后弹头的速度v
′
A
以及首次碰撞后弹头速度在Y轴方向的分量投影v
′
Ay
；
[0008]确定材料恢复系数e；得到首次碰撞后弹头速度在Y轴方向的分量投影v
′
Ay
与材料恢复系数e、首次撞击前的弹体的质心速度v
c
以及弹体的入射方向与首次撞击面之间的夹角θ之间的关系；
[0009]计算首次碰撞后弹体质心速度在Y方向上的分量v
′
cy
；
[0010]得到首次碰撞后弹体的角速度ω2以及首次撞击后弹体质心速度v
′
c
所在的方向与首次撞击的碰撞面MN的夹角β；
[0011]根据首次碰撞后的弹体角速度ω2以及夹角β，建立首次碰撞后的弹头顶点的相对运动轨迹(x
′
，y
′
)和弹头顶点的牵连运动轨迹(x0′
，y0′
)，
[0012]经过坐标变换，得到弹头顶点的绝对运动轨迹(x，y)，
[0013]确定弹体与首次碰撞的导偏体相邻的导偏体的碰撞面上的碰撞点A
′1的位置；通过第二次撞击点A
′1的位置得到二次撞击后弹体质心C1的位置
[0014]根据二次撞击后弹体质心C1的位置得出弹体C1A1二次撞击前的直线方程y＝f(C1A1)，确定C1A1与二次撞击面PN的夹角ξ以及二次碰撞后弹体的角速度ω3。
[0015]优选地，由弹体顶端到质心的距离为l
′
，AC＝A1C1＝l
′
得到弹头顶点的相对运动轨迹(x
′
，y
′
)；
[0016]x
′
＝l
′
·
sin(90
°‑
θ+ω2t)
‑
l
′
·
cosθ
[0017]y
′
＝
‑
l
′
·
cos(90
°‑
θ+ω2t)
[0018]其中，l
′
为弹体质心与弹头顶部的距离；
[0019]θ为弹体的入射方向与首次撞击面之间的夹角；
[0020]ω2为首次碰撞后弹体角速度；
[0021]t为首次碰撞至第二次碰撞之间的时间间隔。
[0022]更进一步地，弹头顶点的牵连运动轨迹(x
o
′
，y
o
′
)，其表达式如下所示：
[0023]x
o
′
＝v
c
t
[0024]y
o
′
＝l.sinθ
[0025][0026]其中，为X轴到X
′
的转角；
[0027]t为首次碰撞至第二次碰撞之间的时间间隔；
[0028]l
′
为弹体质心与弹头顶部的距离；
[0029]v
c
为首次撞击前的弹体的质心速度。
[0030]优选地，弹头顶点的绝对运动轨迹(x，y)，其表达式如下所示：
[0031][0032]其中，t为首次碰撞至第二次碰撞之间的时间间隔；
[0033]l
′
为弹体质心与弹头顶部的距离；
[0034]v
c
为首次撞击前的弹体的质心速度；
[0035]ω2为首次碰撞后弹体角速度；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于弹靶斜碰的跳弹轨迹预测模型，其特征在于，弹体轴线、偏转力、速度均在入射平面内；步骤A：确定第一次碰撞后弹头的速度v
′
A
：建立初始坐标系，预设第一次碰撞的表面MN方向为X轴，垂直于MN的方向Y轴；第一次碰撞后弹头绕弹体旋转，弹头速度与弹体质心速度不相等；确定第一次碰撞后弹头的速度v
′
A
；第一次碰撞的表面为光滑表面，沿X轴方向的碰撞冲量为零，得到沿Y轴方向的碰撞冲量以及首次碰撞后弹头速度在Y轴方向的分量投影v
′
Ay
；步骤B：建立第一次碰撞后弹头绕弹体质心的转动角速度ω2与材料恢复系数e的关系：得到首次碰撞后弹头速度在Y轴方向的分量投影v
′
Ay
与材料恢复系数e、首次撞击前的弹体的质心速度v
c
以及弹体的入射方向与首次撞击面之间的夹角θ之间的关系；步骤C：计算首次碰撞后弹体质心速度v
′
c
：第一次碰撞后弹头绕弹体旋转，弹头速度与弹体质心速度不相等，第一次碰撞的表面为光滑表面，沿X轴方向的碰撞冲量为零，得到沿Y轴方向的碰撞冲量；计算首次碰撞后弹体质心速度在Y方向上的分量v
′
cy
；步骤D：得到首次碰撞后弹体的角速度ω2以及首次撞击后弹体质心速度v
′
c
所在的方向与首次撞击的碰撞面MN的夹角β；步骤E：根据首次碰撞后的弹体角速度ω2以及夹角β，建立首次碰撞后的弹头顶点的相对运动轨迹(x
′
，y
′
)和弹头顶点的牵连运动轨迹(x
o
′
，y0′
)，经过坐标变换，得到弹头顶点的绝对运动轨迹(x，y)，确定弹体与首次碰撞的导偏体相邻的导偏体的碰撞面上的碰撞点A
′1的位置；通过第二次撞击点A
′1的位置得到二次撞击后弹体质心C1的位置根据二次撞击后弹体质心C1的位置得出弹体C1A1二次撞击前的直线方程y＝f(C1A1)，确定C1A1与二次撞击面PN的夹角ξ，得到二次碰撞后弹体的角速度ω3。2.如权利要求1所述的基于弹靶斜碰的跳弹轨迹预测模型，其特征在于，由弹体顶端到质心的距离为l
′
，AC＝A1C1＝l
′
得到弹头顶点的相对运动轨迹(x
′
，y
′
)；x
′
＝l
′
·
sin(90
°‑
θ
‑
β+ω2t)y
′
＝
‑
l
′
·
cos(90
°‑
θ
‑
β+ω2t)其中，l
′
为弹体质心与弹头顶部的距离；θ为弹体的入射方向与首次撞击面之间的夹角；ω2为首次碰撞后弹体角速度；t为首次碰撞至第二次碰撞之间的时间间隔。3.如权利要求2所述的基于弹靶斜碰的跳弹轨迹预测模型，其特征在于，弹头顶点的牵连运动轨迹(x0′
，y0′
)，其表达式如下所示：x
o
′
＝v
c
ty
o
′
＝l
′
·
sin(θ+β)其中，为X轴到X
′
的转角；
t为首次碰撞至第二次碰撞之间的时间间隔；l
′
为弹体质心与弹头顶部的距离；v
c
为首次撞击前的弹体的质心速度。4.如权利要求3所述的基于弹靶斜碰的跳弹轨迹预测模型，其特征在于，弹头顶点的绝对运动轨迹(x，y)，其表...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴应祥，秦有权，陶西贵，张伟锋，马媛媛，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防工程研究院，
类型：发明
国别省市：